Selecció de dispositius de protecció contra sobretensions per a sistemes fotovoltaics - Instal·lació de SPD
1. Factors que afecten la instal·lació de SPD
Les sobretensions en sistemes fotovoltaics (FV) a les teulades són causades principalment per impactes directes de llamps (a l'edifici o a prop de l'equip fotovoltaic amb LPS), tensió induïda per canvis de camp elèctric relacionats amb els llamps o operacions de commutació en xarxes de distribució d'energia CA/CC. Per avaluar la necessitat de protecció contra sobretensions i determinar l'estratègia de protecció adequada, s'ha d'utilitzar com a referència la tensió nominal resistent a impulsos (Uw) de l'equip. A menys que s'especifiqui el contrari mitjançant una avaluació de riscos, els SPD s'han d'instal·lar tant al costat de CC com al de CA del sistema FV.
Els dispositius dins d'un sistema fotovoltaic que poden requerir protecció inclouen:
Inversors, incloent-hi les interfícies tant per al sistema de CA de baixa tensió com per al sistema de CC, panells fotovoltaics, cablejat intern del sistema fotovoltaic, components instal·lats entre l'inversor i els panells fotovoltaics, com ara caixes combinadores; equips utilitzats per a la supervisió i el control del sistema fotovoltaic.
Segons la norma IEC 61643-12 i les seccions pertinents de la norma GB/T 21714, la selecció i instal·lació de SPD per a sistemes fotovoltaics depèn de múltiples factors. Aquests inclouen la densitat de flaix al terra (NG) [1/km²·any] o el nombre mitjà de dies de tempesta per any (T), les característiques del sistema d'alimentació de baixa tensió (per exemple, línies aèries o cables subterranis) i la naturalesa de l'equip que es protegeix, si s'ha instal·lat un sistema de protecció contra llamps (LPS) extern per protegir el sistema fotovoltaic de la caiguda directa de llamps.
Si hi ha un LPS extern, els requisits de SPD estan influenciats pel nivell de protecció (classe) de l'LPS i si es manté la distància de separació requerida (S) entre l'LPS i el sistema fotovoltaic (LPS aïllat vs. no aïllat).
2. Influència de diferents configuracions LPS externes en la protecció contra llamps per a sistemes fotovoltaics
La instal·lació de SPD per a sistemes fotovoltaics en cobertes generalment es divideix en tres categories, segons la presència i el tipus de LPS extern:
(1) Sistemes fotovoltaics sense LPS extern
Com es mostra al diagrama (no inclòs aquí), si l'edifici no està equipat amb un sistema extern de protecció contra llamps, s'han d'instal·lar SPD en funció del resultat d'una avaluació del risc de llamps. Es recomana instal·lar dispositius de protecció contra sobretensions tant al costat de CA com al de CC per protegir els components fotovoltaics crítics.
Per al costat de CC, s'ha d'instal·lar un SPD de CC de tipus 2 (designat com a DC1) a prop de la caixa combinadora fotovoltaica o del panell fotovoltaic (si no s'utilitza cap caixa combinadora). Aquest SPD protegeix l'edifici de sobretensions externes transmeses a través dels cables fotovoltaics i normalment s'instal·la just després que els cables fotovoltaics entrin a l'edifici. S'ha d'instal·lar un altre SPD de CC de tipus 2 (designat com a DC2) a prop de l'entrada de CC de l'inversor. Si la longitud del cable entre DC1 i l'inversor és inferior a 10 metres, es pot ometre DC1.
Per al costat de CA, es recomana un SPD de CA de tipus 2 (designat com a AC1) a l'entrada de la xarxa de CA, normalment situada al quadre de distribució principal. Aquest dispositiu protegeix contra sobretensions procedents de la xarxa elèctrica. La necessitat d'AC1 en un sistema sense protecció externa contra llamps depèn dels resultats d'una avaluació del risc contra llamps. Per protegir l'inversor car, normalment s'instal·la un SPD de CA de tipus 2 (designat com a AC2) a prop de la sortida de CA de l'inversor. Si la longitud del cable entre AC1 i AC2 és inferior a 10 metres, es pot ometre AC2. Consulteu la taula de configuració per obtenir una guia detallada.
(2) Sistemes fotovoltaics amb LPS extern que compleixen la distància de separació requerida (LPS aïllat)
Com es mostra al diagrama, quan un edifici té un sistema extern de protecció contra llamps (com ara varetes o cintes captadores) i el conjunt fotovoltaic de la teulada està protegit per aquest sistema mantenint la distància de separació adequada, es considera que el sistema fotovoltaic està equipat amb un LP aïllat. Fins i tot en aquest cas, la instal·lació de SPD continua sent necessària.
Per a sistemes amb un amplificador de potència (LPS) aïllat, la configuració del SPD és similar als sistemes sense cap protecció contra llamps externa. S'ha d'instal·lar un SPD de CC de tipus 2 a prop de la caixa combinadora o, a prop del panell fotovoltaic si no s'utilitza cap caixa combinadora. S'ha de col·locar un altre SPD de CC de tipus 2 a prop del costat de CC de l'inversor i un SPD de CA de tipus 2 a prop del costat de CA de l'inversor. Tanmateix, com que el sistema fotovoltaic es connecta dins i fora de l'edifici, també cal un SPD de CA de tipus 1 al quadre de distribució de CA principal on l'alimentació de la companyia elèctrica entra a l'edifici. Consulteu la taula de configuració per obtenir una guia detallada sobre el disseny.
(3) Sistemes fotovoltaics amb LPS extern que no compleixen la distància de separació requerida (LPS no aïllat)
En sistemes fotovoltaics de teulada on els panells estan massa a prop del sistema de protecció contra llamps extern (LPS) i no poden complir la distància de seguretat requerida, totes les parts metàl·liques del sistema fotovoltaic s'han de connectar al LPS per garantir una connexió equipotencial adequada dels llamps. Aquest és l'enfocament habitual que s'utilitza per a la protecció contra llamps a les teulades. En aquesta configuració, els cables de CA i CC es tracten com a conductors paral·lels en el sistema de connexió, la qual cosa significa que poden veure's directament afectats pel corrent del llamp. És per això que la norma IEC recomana utilitzar dispositius de protecció contra sobretensions (SPD) de tipus 1, generalment juntament amb SPD de tipus 2, en punts clau del sistema: on els cables fotovoltaics entren a l'edifici i tant als costats de CA com de CC de dispositius importants com l'inversor.
Com es mostra al diagrama, la DC1 s'ha d'instal·lar tan a prop com sigui possible de la caixa combinadora o, a prop del panell fotovoltaic si no n'hi ha. La DC2 i l'AC2 s'han de col·locar a prop de l'inversor per donar-li una millor protecció. En la majoria dels casos, tant l'AC1 (al panell principal) com l'AC2 (a prop de l'inversor) són necessaris. Però si l'inversor està instal·lat dins del panell principal i comparteixen la mateixa presa de terra, amb longituds de cable inferiors o iguals a 0,5 metres, és possible que l'AC2 no sigui necessari. Podeu consultar la taula per obtenir instruccions detallades sobre la instal·lació.
1: es pot ometre DC1 en les condicions següents: si la longitud del cable entre DC1 i l'inversor és inferior a 10 metres i el nivell de protecció de tensió (Up) d'AC2 és inferior o igual a 0,8 vegades la tensió nominal resistent a impulsos (Uw) del panell fotovoltaic; o si la Up d'AC2 és inferior o igual a 0,5 vegades Uw i el conductor PE (terra de protecció) es troba a prop dels cables de CC.
2: es pot ometre AC2 en les condicions següents: si la longitud del cable entre AC1 i AC2 és inferior a 10 metres; o si l'inversor i la placa de distribució principal comparteixen el mateix elèctrode de terra i els cables de connexió SPD no superen els 0,5 metres cadascun, per exemple, si l'inversor està instal·lat dins del panell principal.
3: Secció transversal mínima per a conductors de terra SPD: Per a SPD de tipus 2, el conductor de terra de coure no ha de ser inferior a 6 mm²; per a SPD de tipus 1, no ha de ser inferior a 16 mm².
L'elecció dels SPD del costat de CC en sistemes fotovoltaics de teulada depèn principalment de com es protegeix l'edifici dels llamps i de com està cablejat el sistema. Segons la taula de configuració i les normes IEC, sempre hi hauria d'haver un protector de sobretensió al costat de CC de l'inversor. Però només es necessiten SPD addicionals a prop de la caixa combinadora (o a prop dels panells fotovoltaics si no n'hi ha cap) si el cable entre els panells i l'inversor fa més de 10 metres.
Dit això, no es fa així a tot arreu. En alguns països (Alemanya, per exemple), les normes són bàsicament les contràries. Allà, la protecció contra sobretensions de CC sempre s'instal·la just al costat dels panells fotovoltaics i només cal afegir-ne una a prop de l'inversor si el cable supera els 10 metres.