¿Cuáles son los mejores SPD para instalaciones de paneles solares?

Para la mayoría de las instalaciones de paneles solares, el mejor enfoque es la protección contra sobretensiones coordinada: un SPD de CC en la matriz de PV o entrada de CC del inversor, un SPD de CA en la salida o panel de distribución del inversor y SPD de tipo 2 como capa de protección primaria. Los dispositivos de tipo 3 se utilizan solo cerca de puntos finales sensibles.

Esto significa que no existe un único dispositivo de protección contra sobretensiones "mejor" para cada sistema solar. El mejor resultado proviene de usar el tipo correcto de SPD, en el lugar correcto, con la instalación y conexión a tierra correctas, de modo que las sobretensiones se reducen paso a paso antes de que puedan dañar el inversor u otros dispositivos electrónicos.

Qué significa “Mejor SPD” en Sistemas Solar PV

En los sistemas solares fotovoltaicos, "mejor" no significa el dispositivo más grande, la calificación actual más alta o el producto más caro. Significa que el concepto de protección se ajusta al sistema y la forma en que las surge realmente entran en él.

En la práctica, "mejor" significa:

Ubicación correcta
Un sistema solar tiene dos mundos eléctricos diferentes: el lado de CC de los paneles y el lado de CA conectados a la red o cargas. Ambos lados pueden recibir sobretensiones, y ambos lados suelen necesitar su propia protección.

Tipo SPD correcto
Los dispositivos Tipo 2 son normalmente la capa de protección principal en los sistemas fotovoltaicos. Los dispositivos Tipo 3 son solo para protección local y fina cerca de equipos sensibles.

Distancia de cableado y calidad de puesta a tierra
Incluso un muy buen dispositivo de protección contra sobretensiones funciona mal si se instala con cables largos, bucles o una mala unión a la tierra.

Resistencia a la sobretensión repetitiva
Las instalaciones solares están expuestas durante muchos años. El SPD debe tolerar muchas oleadas más pequeñas con el tiempo, no solo un evento grande.

Por lo tanto, el "mejor" SPD para un sistema solar es el que se selecciona correctamente para el lado de CC o AC, correctamente coordinado con otras etapas de protección y instalado con conexiones cortas y bien unidas.

Por qué las instalaciones de paneles solares son sensibles a las sobretensiones

Los sistemas solares fotovoltaicos están más expuestos a problemas de sobretensión que muchas otras instalaciones eléctricas. Esto no se debe a que el equipo sea débil, sino a cómo y dónde está instalado el sistema.

Cables de CC largos
Las cuerdas de PV a menudo corren decenas o incluso cientos de metros a través de techos o campos. Los cables largos actúan como antenas y pueden captar voltajes inducidos de la actividad de rayos cercanas, incluso si no hay golpe directo.

Exposición al aire libre
Los paneles, las cajas combinadoras y las partes del cableado se instalan en exteriores. Esto aumenta la posibilidad de efectos de rayos directos o indirectos y sobretensiones transitorias rápidas.

Electrónica inversora sensible
Los inversores modernos contienen electrónica de potencia de alta densidad, tableros de control e interfaces de comunicación. Estos componentes pueden dañarse por impulsos de sobretensión relativamente pequeños.

Dos principales trayectos de entrada de sobretensión
Las sobretensiones pueden provenir de la Lado de la matriz (a través de los cables de CC del campo PV) y desde el Lado de la red (a través de la red de CA). Si solo se protege un lado, el otro lado aún puede destruir el inversor.

Debido a estos factores, la protección contra sobretensiones coordinada no es opcional en la mayoría de los sistemas fotovoltaicos. Es parte de la fiabilidad básica y el diseño del tiempo de actividad.

DC SPD vs AC SPD en instalaciones de paneles solares

Los SPD de CC y los SPD de CA tienen diferentes trabajos en una instalación solar. No son intercambiables, incluso si se ven similares.

A CPD Está diseñado para trabajar en el lado de PV, donde hay voltaje de CC continuo, a menudo a niveles altos (600 V, 1000 V, 1500 V o más). Debe manejar el comportamiento de arco específico de DC y ser coincidente con el voltaje de la cadena PV.

En CA SPD Está diseñado para trabajar en el lado de la red, donde se alterna el voltaje y los cruces cero ayudan a extinguir los arcos. Protege contra sobretensiones provenientes de la red de servicios públicos o de conmutación de eventos dentro de la instalación.

Para aclarar esto, considere la siguiente comparación.

Protección contra sobretensiones laterales de CC frente a AC en sistemas solares fotovoltaicos

Esta tabla muestra que los SPD de CC y CA protegen contra diferentes rutas de sobretensión y se instalan en diferentes puntos. Trabajan juntos como un sistema. Proteger solo un lado deja el otro lado como una puerta abierta para las sobretensiones.

Tipo 2 vs SPD tipo 3 en sistemas solares

En la mayoría de las instalaciones solares, la decisión principal no es entre muchos tipos SPD exóticos, sino entre el uso Tipo 2 y Tipo 3 dispositivos correctamente.

• Por qué el tipo 2 es el predeterminado para los paneles fotovoltaicos
  SPD tipo 2 están diseñados para manejar la mayoría de las sobretensiones inducidas y de conmutación que ocurren en instalaciones normales. Tienen suficiente capacidad de descarga y manejo de energía para sobrevivir a eventos repetidos durante muchos años. Por esta razón, el Tipo 2 es la opción estándar para los lados DC y AC en la mayoría de los sistemas fotovoltaicos.
  
• Por qué el Tipo 3 es complementario
  Los SPD de tipo 3 son para una protección fina muy cerca de equipos sensibles. Tienen menor capacidad de descarga y no están destinados a ser la primera o única etapa de protección. En los sistemas fotovoltaicos, a veces se utilizan equipos de monitoreo, puertos de comunicación o electrónica de control muy sensible.
  
• Por qué el Tipo 3 no puede reemplazar la protección del panel
  Un dispositivo de tipo 3 por sí solo no puede manejar con seguridad la energía de las sobretensiones provenientes de cables largos para exteriores o de la red. Si se usa sin un dispositivo de tipo 2 ascendente adecuado, puede fallar rápidamente o proporcionar poca protección real.
  

En resumen, el Tipo 2 es el caballo de batalla de la protección contra sobretensiones en instalaciones solares. El tipo 3 es solo una capa local adicional.

Criterios de selección clave para SPD para Sistema Solar

• SPD20C/3-1500 PV S Clase II
• Designación: Tipo2
• Clasificación: Clase II
• Modo de protección: (+/-)–>PE , (-/+)–>PE , (+/-)–>(-/+)
• Tensión nominal UN: 1500 VCC
• máximum Tensión de funcionamiento continuo Uc (L-N): 180 VCC
• Clasificación de corriente de cortocircuito ISCPV: 100 A
• Corriente de funcionamiento continuo ICPV: <20 µA
• Corriente de carga nominal: 80 A
• Corriente de descarga máxima (8/20 μs) IMAX: 40 ka
• Corriente de descarga nominal (8/20 μs) en:20 kA
• Nivel de protección de voltaje hacia arriba: ≤5,0 kV
• Resistencia de aislamiento: ＞1000 MΩ
• Material de la carcasa: UL94V-0
• Grado de protección: IP20

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Elegir un SPD para sistemas solares No se trata de afirmaciones de marca o marketing. Se trata de hacer coincidir el dispositivo con las condiciones eléctricas y físicas de la instalación. La siguiente lista de verificación cubre los puntos más importantes.

Lista de verificación de selección

• Voltaje de cadena de PV (VoC + efectos de temperatura)
  El voltaje máximo de circuito abierto de la cadena de PV aumenta a bajas temperaturas. El SPD de CC debe tener una tensión de funcionamiento continuo (UC) superior a este valor de peor caso, no solo de voltaje nominal del sistema.
  
• Colocación de CC frente a CA
  Asegúrese de que el dispositivo esté diseñado y certificado específicamente para uso en CC o CA, dependiendo de dónde se instalará. No los mezcles.
  
• Longitud y exposición del cable
  Los cables de exterior largos aumentan el riesgo de sobretensión y, a menudo, justifican colocar SPD tanto en el lado del arreglo como en el lado del inversor, no solo en un solo lugar.
  
• Sistema de puesta a tierra y unión
  El SPD solo puede desviar la energía de sobretensión a la Tierra si hay un sistema de puesta a tierra bien unido y de baja impedancia. El concepto de puesta a tierra y la selección de SPD deben considerarse juntos.
  
• Coordinación entre etapas
  Si se utiliza más de un SPD (por ejemplo, uno en la placa principal y otro cerca del inversor), sus niveles de protección de voltaje y manejo de energía deben coordinarse para que compartan el estrés correctamente en lugar de luchar entre sí.
  

Cuando se respetan estos puntos, el seleccionado Dispositivo de protección contra sobretensiones para panel solar Las instalaciones realizarán su trabajo durante muchos años en lugar de solo en papel.

Disposiciones típicas de colocación de SPD en instalaciones solares

El diseño exacto depende del tamaño y la estructura del sistema, pero la lógica es similar en la mayoría de los casos: detener las sobretensiones lo más cerca posible de donde entran y proteger el inversor desde ambos lados.

Sistemas residenciales de techo

En un sistema residencial típico, las cuerdas fotovoltaicas van desde el techo directamente a un solo inversor.

• sobre el Lado de CC, a menudo se instala un SPD de CC de tipo 2 en la caja combinadora de techo (si está presente) o en la entrada de CC del inversor.
  
• sobre el lado de la CA, se instala un SPD de CA de tipo 2 en el tablero de distribución principal o cerca de la salida del inversor.
  

El objetivo es mantener el inversor entre dos puntos de protección, uno para cada trayecto de oleaje.

Sistemas de techos comerciales

Los sistemas comerciales suelen tener tramos de cable más largos, múltiples cadenas y, a veces, varios inversores.

• Lado de CC Los SPD a menudo se colocan en cajas combinadoras y, a veces, nuevamente cerca de las entradas del inversor si las distancias son grandes.
  
• lado de la CA Los SPD se colocan en las salidas del inversor y en la placa de distribución de bajo voltaje principal.
  

Aquí, la coordinación entre varios SPD se vuelve más importante porque las sobretensiones pueden entrar en muchos puntos.

Sistemas solares montados en tierra

Los sistemas montados en tierra pueden tener recorridos de cables de CC muy largos en áreas abiertas.

• Lado de CC La protección a menudo se instala tanto en el campo de matriz (en cajas de combinador de campo) como en el inversor o en la central eléctrica.
  
• lado de la CA La protección se instala en la salida del inversor y en el punto de conexión de la red.
  

La lógica es siempre la misma: reducir la sobretensión paso a paso, en lugar de dejar que recorra toda la longitud del cable hacia la electrónica.

Prácticas de instalación que deciden el rendimiento

Incluso el mejor dispositivo de protección contra sobretensiones puede funcionar mal si se instala incorrectamente. En muchos fallos reales, el problema no es el dispositivo en sí, sino la forma en que está conectado.

• Cables de conexión cortos
  Los cables del SPD a la fase, los conductores de CC y la tierra deben ser lo más cortos posible. Cada centímetro adicional agrega inductancia y aumenta el voltaje que aparece en el equipo durante un sobretensión.
  
• Sin bucles en el cableado
  Los cables enrollados o enrollados actúan como inductores y hacen que el SPD sea mucho menos efectivo durante transitorios rápidos.
  
• Montaje cercano al equipo protegido o punto de entrada
  El SPD debe instalarse cerca de donde los cables ingresan al inversor o al edificio, no muy lejos en otro gabinete a menos que haya una buena razón.
  
• Vinculación de alta calidad a la Tierra
  La conexión a tierra debe ser de baja impedancia y bien unida al resto del sistema de puesta a tierra. Una tierra pobre hace que cualquier dispositivo de protección contra sobretensiones sea casi inútil.
  

Estos detalles de instalación a menudo tienen más impacto en el rendimiento de la protección real que las pequeñas diferencias en los valores de las hojas de datos SPD.

Errores comunes en el diseño SPD solar

Muchos sistemas solares tienen algún tipo de protección contra sobretensiones, pero aún sufren daños debido a errores de diseño básicos.

Solo CA o solo protección de CC
Proteger solo el lado de la red o solo el lado PV deja al inversor expuesto desde la otra dirección.

Colocación incorrecta
Un SPD instalado lejos del punto de entrada del cable o con cables largos de conexión no puede sujetar el voltaje donde importa.

Sobreutilización de dispositivos Tipo 3
Los dispositivos Tipo 3 se utilizan a veces como la única etapa de protección porque son pequeños y baratos. Esto no es para lo que están diseñados en los sistemas fotovoltaicos.

Suposiciones deficientes de puesta a tierra
Suponiendo que "hay una conexión a tierra en alguna parte" no es suficiente. Sin un sistema de puesta a tierra y de unión de baja impedancia, bien diseñado, los dispositivos de protección contra sobretensiones no pueden funcionar según lo previsto.

Evitar estos errores suele ser más importante que elegir entre dos productos similares.

Además de las líneas de energía, los puertos de comunicación del inversor como RS485 o Ethernet también pueden transportar energía de sobretensión. En algunas instalaciones, se utilizan dispositivos de protección contra sobretensiones de línea de datos para reducir el riesgo de daños a través de cables de monitoreo y comunicación.

Conclusión

La mejor protección contra sobretensiones para las instalaciones de paneles solares no es un solo dispositivo, sino un sistema de protección coordinado que cubre tanto los lados de CC como de AC de la instalación. Debido a que las sobretensiones pueden entrar desde el arreglo fotovoltaico o desde la red, ambas rutas deben protegerse si el inversor y otras electrónicas van a permanecer confiables a largo plazo. En la mayoría de los sistemas solares, los dispositivos de protección contra sobretensiones tipo 2 proporcionan la capa principal de protección, mientras que los dispositivos de tipo 3 se utilizan solo para protección local y suplementaria cerca de equipos sensibles. Más que las clasificaciones brutas de cualquier dispositivo individual, la selección correcta para el uso de CC o CA, una coordinación adecuada entre las etapas de protección, una buena conexión a tierra y unido, y las prácticas de instalación cuidadosas son las que determinan si la protección contra sobretensiones funcionará en condiciones reales de funcionamiento.

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