Selección de dispositivos de protección contra sobretensións para sistemas fotovoltaicos - Instalación de SPD
1. Factores que afectan á instalación do SPD
As sobretensións nos sistemas fotovoltaicos (FV) de cubertas débense principalmente a impactos directos de raios (sobre ou preto do edificio ou do equipo FV con protección contra sobretensións), tensión inducida por cambios no campo eléctrico relacionados cos raios ou operacións de conmutación en redes de distribución de enerxía CA/CC. Para avaliar a necesidade de protección contra sobretensións e determinar a estratexia de protección axeitada, débese usar como referencia a tensión nominal soportada a impulsos (Uw) do equipo. A menos que se especifique o contrario nunha avaliación de riscos, os SPD deben instalarse tanto no lado CC como no lado CA do sistema FV.
Os dispositivos dentro dun sistema fotovoltaico que poden requirir protección inclúen:
Inversores, incluíndo as interfaces tanto para o sistema de CA de baixa tensión como para o sistema de CC, paneis fotovoltaicos, cableado interno do sistema fotovoltaico, compoñentes instalados entre o inversor e os paneis fotovoltaicos, como caixas combinadoras; equipos utilizados para a monitorización e o control do sistema fotovoltaico.
Segundo a norma IEC 61643-12 e as seccións pertinentes da norma GB/T 21714, a selección e instalación de SPD para sistemas fotovoltaicos dependen de múltiples factores. Estes inclúen a densidade de raios no chan (NG) [1/km²·ano] ou o número medio de días de tormentas eléctricas ao ano (T), as características do sistema de subministración de enerxía de baixa tensión (por exemplo, liñas aéreas ou cables subterráneos) e a natureza do equipo que se protexe, se se instala un sistema de protección contra raios (LPS) externo para protexer o sistema fotovoltaico dos raios directos.
Se hai presente un LPS externo, os requisitos de SPD están influenciados polo nivel de protección (clase) do LPS e por se se mantén a distancia de separación requirida (S) entre o LPS e o sistema fotovoltaico (LPS illado fronte a non illado).
2. Influencia de diferentes configuracións de LPS externas na protección contra raios para sistemas fotovoltaicos
A instalación de SPD para sistemas fotovoltaicos en cubertas xeralmente divídese en tres categorías, segundo a presenza e o tipo de LPS externo:
(1) Sistemas fotovoltaicos sen LPS externo
Como se mostra no diagrama (non incluído aquí), se o edificio non está equipado cun sistema externo de protección contra raios, os SPD deberían instalarse en función do resultado dunha avaliación de risco contra raios. Recoméndase instalar dispositivos de protección contra sobretensións tanto no lado de CA como no de CC para protexer os compoñentes fotovoltaicos críticos.
Para o lado de CC, débese instalar un SPD de CC de tipo 2 (designado como DC1) preto da caixa combinadora fotovoltaica ou do conxunto fotovoltaico (se non se usa ningunha caixa combinadora). Este SPD protexe o edificio das sobretensións externas transmitidas a través dos cables fotovoltaicos e normalmente instálase xusto despois de que os cables fotovoltaicos entren no edificio. Débese instalar outro SPD de CC de tipo 2 (designado como DC2) preto da entrada de CC do inversor. Se a lonxitude do cable entre DC1 e o inversor é inferior a 10 metros, pódese omitir DC1.
Para o lado de CA, recoméndase un SPD de CA de tipo 2 (designado como AC1) na entrada da rede de CA, que normalmente se atopa no panel de distribución principal. Este dispositivo protexe contra sobretensións procedentes da rede eléctrica. Se se necesita ou non AC1 nun sistema sen protección externa contra raios depende dos resultados dunha avaliación de riscos contra raios. Para protexer o caro inversor, normalmente instálase un SPD de CA de tipo 2 (designado como AC2) preto da saída de CA do inversor. Se a lonxitude do cable entre AC1 e AC2 é inferior a 10 metros, pódese omitir AC2. Consulte a táboa de configuración para obter unha guía detallada.
(2) Sistemas fotovoltaicos con LPS externo que cumpre coa distancia de separación requirida (LPS illado)
Como se mostra no diagrama, cando un edificio ten un sistema externo de protección contra raios (como varas ou cintas captadoras) e o conxunto fotovoltaico da cuberta está protexido por este sistema mantendo unha distancia de separación axeitada, considérase que o sistema fotovoltaico está equipado cun LPS illado. Mesmo neste caso, a instalación de SPD segue sendo necesaria.
Para os sistemas cun LPS illado, a configuración do SPD é similar aos sistemas sen ningunha protección externa contra raios. Débese instalar un SPD de CC de tipo 2 preto da caixa combinadora ou preto do conxunto fotovoltaico se non se usa ningunha caixa combinadora. Débese colocar outro SPD de CC de tipo 2 preto do lado de CC do inversor e un SPD de CA de tipo 2 preto do lado de CA do inversor. Non obstante, debido a que o sistema fotovoltaico se conecta dentro e fóra do edificio, tamén se require un SPD de CA de tipo 1 no cadro de distribución de CA principal onde a enerxía da empresa entra no edificio. Consulte a táboa de configuración para obter unha guía detallada sobre o deseño.
(3) Sistemas fotovoltaicos con LPS externo que non cumpren a distancia de separación requirida (LPS non illado)
Nos sistemas fotovoltaicos de cuberta onde os paneis están demasiado preto do sistema de protección contra raios externo (SLP) e non poden manter a distancia de seguridade requirida, todas as partes metálicas do sistema fotovoltaico deben conectarse ao SLP para garantir unha conexión equipotencial axeitada dos raios. Este é o enfoque habitual que se emprega para a protección contra raios na cuberta. Nesta configuración, os cables de CA e CC trátanse como condutores paralelos no sistema de conexión, o que significa que poden verse afectados directamente pola corrente do raio. Por iso, a IEC recomenda o uso de dispositivos de protección contra sobretensións (SPD) de tipo 1 (xeralmente xunto con SPD de tipo 2) en puntos clave do sistema: onde os cables fotovoltaicos entran no edificio e tanto nos lados de CA como de CC de dispositivos importantes como o inversor.
Como se mostra no diagrama, a CC1 debe instalarse o máis preto posible da caixa combinadora ou preto do conxunto fotovoltaico se non hai caixa combinadora. A CC2 e a CA2 deben colocarse preto do inversor para darlle unha mellor protección. Na maioría dos casos, necesítanse a CA1 (no panel principal) e a CA2 (preto do inversor). Pero se o inversor está instalado dentro do panel principal e comparten a mesma conexión a terra, con lonxitudes de cable iguais ou inferiores a 0,5 metros, pode que a CA2 non sexa necesaria. Podes consultar a táboa para obter unha guía detallada da instalación.
1: Pódese omitir DC1 nas seguintes condicións: Se a lonxitude do cable entre DC1 e o inversor é inferior a 10 metros e o nivel de protección de tensión (Up) de AC2 é inferior ou igual a 0,8 veces a tensión nominal de resistencia a impulsos (Uw) do conxunto fotovoltaico; ou se a Up de AC2 é inferior ou igual a 0,5 veces Uw e o condutor PE (terra de protección) está situado preto dos cables de CC.
2: Pódese omitir AC2 nas seguintes condicións: se a lonxitude do cable entre AC1 e AC2 é inferior a 10 metros; ou se o inversor e a placa de distribución principal comparten o mesmo eléctrodo de terra e os cables de conexión do SPD non miden máis de 0,5 metros cada un; por exemplo, se o inversor está instalado dentro do panel principal.
3: Sección transversal mínima para os condutores de terra dos SPD: para os SPD de tipo 2, o condutor de terra de cobre non debe ser inferior a 6 mm²; para os SPD de tipo 1, non debe ser inferior a 16 mm².
A escolla dos SPD do lado de CC nos sistemas fotovoltaicos de cuberta depende principalmente de como se protexe o edificio dos raios e de como está cableado o sistema. Segundo a táboa de configuración e as normas IEC, sempre debe haber un protector contra sobretensións no lado de CC do inversor. Pero só se necesitan SPD adicionais preto da caixa combinadora (ou preto dos paneis fotovoltaicos se non hai caixa combinadora) se o cable entre os paneis e o inversor ten máis de 10 metros.
Dito isto, non se fai así en todas partes. Nalgúns países (Alemaña, por exemplo) as regras son basicamente o contrario. Alí, a protección contra sobretensións de CC sempre se instala xusto ao lado dos paneis fotovoltaicos e só cómpre engadir unha preto do inversor se o cable supera os 10 metros.