Introducció

En el context de la transformació de l'estructura energètica global, els sistemes de generació d'energia fotovoltaica (solar), a causa de les seves característiques netes, renovables i sostenibles, s'estan convertint en una part important del nou sector energètic. Tanmateix, durant el funcionament, els sistemes fotovoltaics s'enfronten a diverses amenaces elèctriques com ara llamps, fluctuacions de la xarxa i descàrregues electrostàtiques, que poden causar danys als equips, aturades del sistema i fins i tot conseqüències greus com incendis. Els protectors de sobretensió (Surge Protective Device, SPD), com a component bàsic per a la seguretat elèctrica en sistemes fotovoltaics, poden suprimir eficaçment les sobretensions transitòries i els corrents de sobretensió, garantint el funcionament estable del sistema. Aquest article explorarà en profunditat el paper clau, els principis tècnics, els criteris de selecció i les tendències del mercat dels protectors de sobretensió en sistemes fotovoltaics, per tal d'ajudar els professionals de la indústria a comprendre millor la seva importància.

Ⅰ. Amenaces elèctriques a què s'enfronten els sistemes fotovoltaics i la necessitat de la protecció contra sobretensions

1.1 Les característiques de l'entorn elèctric del sistema fotovoltaic

Els sistemes fotovoltaics solen instal·lar-se a l'aire lliure i exposats a entorns complexos, cosa que els fa vulnerables a les següents amenaces elèctriques.

1.1.1 Llamp

La caiguda directa de llamps o la caiguda induïda de llamps pot generar sobretensions transitòries extremadament altes en panells fotovoltaics, inversors i sistemes de distribució d'energia.

1.1.2 Sobretensió de commutació

La commutació de la xarxa, els canvis de càrrega o l'arrencada i l'aturada de l'inversor poden causar sobretensions operatives.

1.1.3 Descàrrega electrostàtica (ESD)

En ambients secs, l'acumulació d'electricitat estàtica pot causar danys als equips electrònics.

1.1.4 Fluctuació de la quadrícula

Un augment, una caiguda o una interferència harmònica sobtada de la tensió poden afectar l'estabilitat del sistema.

1.2 Perills Causat per corrents de sobretensió a sistemes fotovoltaics

Si no es prenen mesures efectives de protecció contra sobretensions, el sistema fotovoltaic pot tenir els següents problemes:

- Danys a l'equip: Els dispositius electrònics precisos, com ara inversors, controladors i sistemes de monitorització, són vulnerables a sobretensions i poden funcionar malament.

- Disminució de l'eficiència de la generació d'energia: les interferències elèctriques freqüents poden provocar aturades del sistema, reduint la quantitat d'electricitat generada.

- Riscos per a la seguretat: Un voltatge excessiu pot provocar incendis elèctrics, cosa que representa riscos tant per a la vida humana com per a la propietat.

1.3 El nucli Funció de protectors contra sobretensions

El protector de sobretensions pot descarregar ràpidament el corrent de sobretensió i limitar la sobretensió, garantint que tots els components del sistema fotovoltaic funcionin dins d'un rang de tensió segur. És una garantia important per a la fiabilitat i la vida útil del sistema fotovoltaic.

Ⅱ. Treballant Principi i classificació tècnica dels protectors de sobretensió

2.1 Bàsic Treballant Principi dels protectors de sobretensió

La funció principal d'un SPD és detectar sobretensions en un interval de temps de nanosegons i protegir el sistema mitjançant els mètodes següents:

• Fixació de tensió: ús de components com ara varistors (MOV) i tubs de descàrrega de gas (GDT) per limitar la sobretensió a un nivell segur.

• Dissipació d'energia: Conversió del corrent de sobretensió a terra per evitar que flueixi cap a l'equip.

• Recuperació automàtica: Alguns SPD poden tornar automàticament al seu estat de funcionament normal després d'una sobretensió.

2.2 Tècnic Característiques dels protectors de sobretensió especials per a sistemes fotovoltaics

A causa de la particularitat dels sistemes fotovoltaics, el SPD d'aquests sistemes ha de complir els següents requisits:

- Resistència a alta tensió: la tensió de corrent continu del panell fotovoltaic pot superar els 1000 V, i l'SPD ha de coincidir amb un nivell d'alta tensió.

- Gran capacitat de corrent: capaç de suportar impactes d'alta energia durant llamps o curtcircuits.

- Baixa tensió residual: Assegura que l'equip protegit no es vegi afectat per tensions excessivament altes.

- Resistència a la intempèrie: S'adapta a condicions exteriors dures, com ara temperatures altes i baixes, i a la radiació ultraviolada.

2.3 Classificació de protectors contra sobretensions

Segons la ubicació i la funció de l'aplicació, els SPD fotovoltaics es poden classificar com:

• SPD del costat de CC: s'utilitza entre el mòdul fotovoltaic i l'inversor, per protegir contra sobretensions del costat de CC.

• SPD del costat de CA: s'utilitza a l'extrem de sortida de l'inversor per protegir contra sobretensions del costat de la xarxa.

• SPD de senyal: s'utilitza per a la protecció contra llamps de les línies d'adquisició de dades i de comunicació.

III. Selecció i directrius d'instal·lació per a protectors de sobretensió fotovoltaics

3.1 Clau Paràmetres per a la selecció

• Tensió màxima de funcionament continu (Uc): Ha de ser superior a la tensió de funcionament més alta del sistema.

• Corrent de descàrrega nominal (In): Reflecteix la capacitat de tolerància a sobretensions de l'SPD. Generalment, es recomana un valor superior a 20 kA.

• Nivell de protecció de tensió (Up): Com més baixa sigui la tensió residual, millor serà l'efecte de protecció.

• Grau de protecció IP: Per a instal·lació a l'aire lliure, cal que arribi a IP65 o superior.

3.2 Instal·lació Especificacions

- Instal·lació del costat de CC: situada a prop del panell fotovoltaic i de l'inversor per reduir les sobretensions inductives de línia.

- Requisits de connexió a terra: assegureu-vos d'una connexió a terra de baixa impedància per millorar l'eficiència de dissipació del corrent.

- Protecció en cascada: utilitzeu diversos SPD (com ara Classe I + Classe II) per aconseguir una protecció més completa.

Ⅳ.Global Solar Tendències del mercat de protectors de sobretensions

4.1 Conducció Factors per al creixement de la demanda del mercat

- La capacitat instal·lada d'energia fotovoltaica continua augmentant (es preveu que la capacitat instal·lada global d'energia fotovoltaica superi els 3000 GW el 2030).

- Les normatives de seguretat elèctrica de diversos països són cada cop més estrictes (com ara normes com la IEC 61643 i la UL 1449).

- Ha augmentat l'atenció dels propietaris a la fiabilitat i la vida útil del sistema.

4.2 Innovació Direcció en Tecnologia

- SPD intel·ligent: funció de monitorització integrada, capaç d'alarma remota i diagnòstic d'avaries.

- Disseny modular: Facilita el manteniment i la substitució.

- Àmplia adaptabilitat a la temperatura: capaç de suportar condicions climàtiques extremes.

Ⅴ. Conclusió

Els protectors de sobretensió són la garantia clau per al funcionament segur i estable dels sistemes fotovoltaics. La seva selecció, instal·lació i manteniment afecten directament l'eficiència de la generació d'energia i la vida útil del sistema. Amb el ràpid desenvolupament de la indústria fotovoltaica, els SPD intel·ligents i d'alt rendiment es convertiran en la tendència principal del mercat. Les empreses han de reforçar la recerca i el desenvolupament tecnològic i proporcionar productes d'alta qualitat que compleixin amb els estàndards internacionals per satisfer la creixent demanda de seguretat elèctrica al mercat fotovoltaic mundial.