1. Actual estat de la indústria fotovoltaica (energia solar)

1.1 Ràpid creixement del mercat fotovoltaic global

En els darrers anys, la indústria fotovoltaica mundial ha experimentat un creixement explosiu. Segons dades de l'Agència Internacional de l'Energia (AIE), el 2023, la nova capacitat instal·lada global de potència fotovoltaica va superar els 350 GW, i la capacitat instal·lada acumulada va superar els 1,5 TW. Països i regions com la Xina, els Estats Units, Europa i l'Índia s'han convertit en els principals motors del mercat fotovoltaic.

- Xina: Com a mercat fotovoltaic solar més gran del món, la Xina va afegir més de 200 GW de capacitat fotovoltaica solar el 2023, cosa que representa més del 57% de la nova capacitat instal·lada mundial. El suport a les polítiques governamentals, el progrés tecnològic i la reducció de costos són els factors clau que impulsen el desenvolupament de la indústria fotovoltaica solar xinesa.

- Europa: Afectada pel conflicte entre Rússia i Ucraïna, Europa va accelerar la seva transició energètica. El 2023, la nova capacitat instal·lada d'energia solar fotovoltaica va superar els 60 GW, amb un creixement significatiu en països com Alemanya, Espanya i els Països Baixos.

- Estats Units: Encoratjat per la Llei de Reducció de la Inflació (IRA), el mercat solar fotovoltaic dels EUA va continuar creixent, amb una nova capacitat instal·lada d'aproximadament 40 GW el 2023.

- Índia: El govern indi promou enèrgicament el desenvolupament de les energies renovables. El 2023, la nova capacitat instal·lada de solar fotovoltaica va superar els 20 GW, amb l'objectiu d'aconseguir 500 GW de capacitat instal·lada d'energia renovable el 2030.

1.2Progrés continu en la tecnologia fotovoltaica

La innovació contínua en la tecnologia fotovoltaica ha comportat una major eficiència i una reducció dels costos en la generació d'energia solar:

- Tecnologies de bateries d'alta eficiència com ara PERC, TOPCon i HJT: les cel·les PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) continuen sent les principals, però les tecnologies TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) i HJT (Heterojunction) estan ampliant gradualment la seva quota de mercat a causa de la seva major eficiència de conversió (>24%).

- Cèl·lules solars de perovskita: Com a tecnologia fotovoltaica de nova generació, les cèl·lules de perovskita han aconseguit eficiències de laboratori superiors al 33% i s'espera que siguin comercialment viables en el futur.

- Mòduls bifacials i suports de seguiment: els mòduls bifacials poden augmentar la generació d'energia entre un 10% i un 20%, mentre que els suports de seguiment optimitzen l'angle d'incidència de la llum solar, millorant encara més l'eficiència del sistema.

1.3El El cost de la generació d'energia fotovoltaica continua baixant

Durant l'última dècada, el cost de la generació d'energia fotovoltaica ha baixat més d'un 80%. Segons l'IRENA (Agència Internacional d'Energies Renovables), el cost global anivellat de l'electricitat (LCOE) per a l'energia fotovoltaica el 2023 ha caigut a 0,03-0,05 dòlars americans per kWh, inferior al de la generació d'energia amb carbó i gas natural, cosa que la converteix en una de les fonts d'energia més competitives.

1.4 Desenvolupament coordinat de l'emmagatzematge d'energia i la fotovoltaica

A causa de la naturalesa intermitent de la generació d'energia fotovoltaica, l'ús conjunt de sistemes d'emmagatzematge d'energia (com ara bateries de liti, bateries d'ions de sodi, bateries de flux, etc.) s'ha convertit en una tendència. El 2023, la nova capacitat instal·lada de projectes globals de fotovoltaica i emmagatzematge d'energia va superar els 30 GW, i s'espera que mantingui una alta taxa de creixement durant la propera dècada.

2. El importància de la indústria fotovoltaica

2.1 Abordar el clima canvi i promoció dels objectius de neutralitat de carboni

Els països de tot el món estan accelerant la seva transició energètica per reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle. L'energia solar, com a component bàsic de l'energia neta, juga un paper crucial per assolir l'objectiu de la "neutralitat de carboni". Segons l'Acord de París, el 2030, la quota mundial d'energies renovables ha d'arribar a més del 40%, i l'energia solar es convertirà en una de les principals fonts d'energia.

2.2 Seguretat i independència energètica

Les fonts d'energia tradicionals (com el petroli i el gas natural) estan molt influenciades per la geopolítica, mentre que els recursos d'energia solar estan àmpliament distribuïts i poden reduir la dependència de l'energia importada. Per exemple, Europa ha reduït la seva demanda de gas natural rus mitjançant el desplegament de grans centrals fotovoltaiques, millorant així la seva autonomia energètica.

2.3 Promoure el creixement econòmic i l'ocupació

La cadena de la indústria fotovoltaica inclou múltiples enllaços com ara materials de silici, oblies de silici, bateries, mòduls, inversors, suports i emmagatzematge d'energia, que han creat milions de llocs de treball a tot el món. Els empleats directes a la indústria fotovoltaica xinesa superen els 3 milions, i les indústries fotovoltaiques a Europa i els Estats Units també s'estan expandint ràpidament.

2.4 Electrificació rural i alleujament de la pobresa

Als països en desenvolupament, les microxarxes fotovoltaiques i els sistemes solars domèstics proporcionen electricitat a zones remotes i milloren les condicions de vida dels residents. Per exemple, els "Sistemes Solars Domèstics" a l'Àfrica han ajudat desenes de milions de persones a sortir de la situació de no tenir electricitat.

3.La necessitat d'un dispositiu de protecció contra sobretensions (SPD) en un sistema fotovoltaic

3.1 Riscos de caiguda de llamps i sobretensions que afronten els sistemes fotovoltaics

Les centrals fotovoltaiques se solen instal·lar en zones obertes (com ara deserts, teulades i muntanyes) i són molt vulnerables a llamps i impactes de sobretensió. Els principals riscos inclouen:

- Impacte directe de llamp: impacte directe sobre mòduls o suports fotovoltaics que causa danys a l'equip.

- Llamps induïts: L'impuls electromagnètic dels llamps indueix alts voltatges en els cables, cosa que fa malbé els dispositius electrònics com ara els inversors i els controladors.

- Fluctuacions de la xarxa: Les sobretensions operatives al costat de la xarxa (com ara accions de commutació, fallades de curtcircuit) es poden transmetre al sistema fotovoltaic.

3.2 Funció del dispositiu de protecció contra sobretensions (SPD)

Els protectors de sobretensió són l'equip clau per a la protecció contra llamps i la protecció contra sobretensions en sistemes fotovoltaics. Les seves funcions principals inclouen:

- Limitació de sobretensions transitòries: Control d'altes tensions generades per llamps o fluctuacions de la xarxa dins d'un rang segur.

- Descàrrega de sobrecorrents: Dirigir ràpidament els corrents excessius a terra per protegir els equips aigües avall.

- Millora de la fiabilitat del sistema: reducció de les fallades dels equips i el temps d'inactivitat causats per llamps o sobretensions.

3.3 Aplicació de SPD en sistemes fotovoltaics

La protecció contra sobretensions per a sistemes fotovoltaics s'ha de dissenyar en diversos nivells:

- Protecció al costat de CC (des dels mòduls fotovoltaics fins a l'inversor):

- Instal·leu un SPD de tipus II a l'extrem d'entrada de la cadena per evitar llamps induïts i sobretensions operatives.

- Instal·leu un SPD de tipus I + II a l'extrem d'entrada de CC de l'inversor per fer front a l'amenaça combinada de llamps directes i induïts.

- Protecció al costat de CA (de l'inversor a la xarxa):

- Instal·leu un SPD de tipus II a l'extrem de sortida de l'inversor per evitar la intrusió de sobretensions al costat de la xarxa.

- Instal·leu un SPD de tipus III a l'armari de distribució per proporcionar una protecció precisa als equips sensibles.

3.4 Punts clau per a la selecció de protectors de sobretensió

- Adaptació del nivell de tensió: La tensió màxima de funcionament continu (Uc) de l'SPD ha de ser superior a la tensió del sistema (per exemple, un sistema fotovoltaic de 1000 Vcc requereix un SPD amb Uc ≥ 1200 V).

- Capacitat de corrent: El corrent de descàrrega nominal (In) de l'SPD del costat de CC ha de ser ≥ 20 kA, i el corrent de descàrrega màxim (Imax) ha de ser ≥ 40 kA.

- Nivell de protecció: La instal·lació a l'aire lliure ha de complir amb la protecció IP65 o superior, adequada per a entorns durs.

- Estàndards de certificació: Compleix amb la norma IEC 61643-31 (estàndard per a SPD específics per a fotovoltaica) i UL 1449 i altres certificacions internacionals.

3.5 Riscos potencials de no instal·lar un SPD

- Danys als equips: Els dispositius electrònics de precisió, com ara els inversors i els sistemes de monitorització, són vulnerables a sobretensions i els costos de reparació són elevats.

- Pèrdua de generació d'energia: els llamps provoquen aturades del sistema, cosa que afecta els beneficis de la generació d'energia.

- Perill d'incendi: La sobretensió pot desencadenar incendis elèctrics, cosa que amenaça la seguretat de la central elèctrica.

4. Global Tendències del mercat de protectors de sobretensió fotovoltaics

4.1 Creixement de la demanda del mercat

Amb el ràpid augment de la capacitat d'instal·lació fotovoltaica, el mercat dels protectors contra sobretensions també s'ha expandit simultàniament. Es preveu que la mida del mercat mundial de SPD fotovoltaics superi els 2.000 milions de dòlars americans el 2025, amb una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 15%.

4.2 Direcció de la innovació tecnològica

- SPD intel·ligent: equipat amb funcions de monitorització de corrent i alarma de fallades, i compatible amb el funcionament remot.

- Nivells de voltatge més alts: els SPD amb classificacions de voltatge més altes (com ara 1500V) s'han convertit en la norma.

- Vida útil més llarga: utilització de nous materials sensibles (com ara la tecnologia composta d'òxid de zinc), que millora la durabilitat dels SPD.

4.3 Política i promoció estàndard

- Les normes internacionals com la IEC 62305 (Norma de protecció contra llamps) i la IEC 61643-31 (Norma de protecció contra sobretensions fotovoltaiques) exigeixen que els sistemes fotovoltaics estiguin equipats amb protecció contra sobretensions.

- Les "Especificacions tècniques per a la protecció contra llamps de centrals elèctriques fotovoltaiques" (GB/T 32512-2016) a la Xina estipulen clarament els requisits de selecció i instal·lació dels SPD.

5.Conclusió: La indústria fotovoltaica no pot prescindir dels protectors de sobretensió

El ràpid desenvolupament de la indústria fotovoltaica ha donat un fort impuls a la transició energètica global. Tanmateix, no es poden ignorar els riscos de llamps i sobretensions. Els protectors contra sobretensions, com a garantia clau per al funcionament segur dels sistemes fotovoltaics, poden reduir eficaçment el risc de danys als equips, millorar l'eficiència de la generació d'energia i allargar la vida útil del sistema. En el futur, amb el creixement continu de les instal·lacions fotovoltaiques i el desenvolupament de xarxes intel·ligents, els protectors contra sobretensions d'alt rendiment i altament fiables es convertiran en components essencials de les centrals elèctriques fotovoltaiques.

Per als inversors en fotovoltaica, les empreses EPC i els equips d'operació i manteniment, l'elecció de protectors de sobretensió d'alta qualitat que compleixin els estàndards internacionals és una mesura crucial per garantir el funcionament estable a llarg termini de la central elèctrica i maximitzar el retorn de la inversió.