Quali sono i migliori SPD per installazioni a pannelli solari?

Per la maggior parte delle installazioni di pannelli solari, l'approccio migliore è la protezione da sovratensione coordinata: un SPD DC all'ingresso del PV o all'ingresso CC dell'inverter, un SPD CA all'uscita dell'inverter o al pannello di distribuzione e SPD di tipo 2 come livello di protezione primario. I dispositivi di tipo 3 vengono utilizzati solo vicino agli endpoint sensibili.

Ciò significa che non esiste un unico dispositivo di protezione contro le sovratensioni "migliore" per ogni sistema solare. Il miglior risultato viene dall'utilizzo del giusto tipo di SPD, nel posto giusto, con installazione e messa a terra corretti, in modo che le sovratensioni vengano ridotte passo dopo passo prima che possano danneggiare l'inverter o altri dispositivi elettronici.

Cosa significa "migliore SPD" negli impianti solari fotovoltaici

Negli impianti solari fotovoltaici, "migliore" non significa il dispositivo più grande, la valutazione corrente più alta o il prodotto più costoso. Significa che il concetto di protezione si adatta al sistema e il modo in cui le sovratensioni lo entrano effettivamente.

In pratica, "migliore" significa:

Posizione corretta
Un sistema solare ha due diversi mondi elettrici: il lato CC dai pannelli e il lato CA collegato alla rete o ai carichi. Entrambe le parti possono ricevere picchi, ed entrambe le parti di solito hanno bisogno della propria protezione.

Tipo di SPD corretto
I dispositivi di tipo 2 sono normalmente il livello di protezione principale negli impianti FV. I dispositivi di tipo 3 sono solo per la protezione locale e fine vicino a apparecchiature sensibili.

Distanza di cablaggio e qualità di messa a terra
Anche un ottimo dispositivo di protezione contro le sovratensioni funziona male se è installato con fili lunghi, anelli o scarsa incollaggio a terra.

Sorpresa di resistenza ripetitiva
Gli impianti solari sono esposti per molti anni. L'SPD deve tollerare molti picchi più piccoli nel tempo, non solo un singolo grande evento.

Quindi, l'SPD "migliore" per un sistema solare è quello che è stato selezionato correttamente per il lato CC o CA, adeguatamente coordinato con altri stadi di protezione e installato con connessioni brevi e ben legate.

Perché le installazioni a pannelli solari sono sensibili alle sovratensioni

Gli impianti solari fotovoltaici sono più esposti a problemi di sovratensione rispetto a molte altre installazioni elettriche. Questo non è perché l'apparecchiatura è debole, ma per come e dove è installato il sistema.

Cavi CC lunghi
Le corde FV spesso percorrono decine o addirittura centinaia di metri attraverso tetti o campi. I cavi lunghi si comportano come antenne e possono raccogliere le tensioni indotte dall'attività di fulmine nelle vicinanze, anche se non c'è attacco diretto.

Esposizione all'aperto
Pannelli, scatole combinatori e parti del cablaggio sono installati all'aperto. Ciò aumenta la possibilità di effetti di fulmini diretti o indiretti e sovratensioni transitorie rapide.

Elettronica inverter sensibile
I moderni inverter contengono elettronica di potenza ad alta densità, schede di controllo e interfacce di comunicazione. Questi componenti possono essere danneggiati da impulsi di sovratensione relativamente piccoli.

Due percorsi di ingresso di sovratensione principale
Le picchi possono provenire dal lato di schieramento (attraverso i cavi CC dal campo FV) e dal lato griglia (attraverso la rete CA). Se è protetto un solo lato, l'altro lato può comunque distruggere l'inverter.

A causa di questi fattori, la protezione coordinata delle sovratensioni non è opzionale nella maggior parte degli impianti fotovoltaici. Fa parte dell'affidabilità di base e del design dei tempi di attività.

DC SPD vs AC SPD in installazioni di pannelli solari

Gli SPD CC e gli SPD AC hanno lavori diversi in un'installazione solare. Non sono intercambiabili, anche se sembrano simili.

A DC SPD è progettato per funzionare sul lato FV, dove c'è tensione continua DC, spesso ad alti livelli (600 V, 1000 V, 1500 V o più). Deve gestire il comportamento dell'arco specifico per DC ed essere abbinato alla tensione della stringa PV.

Un AC SPD è progettato per funzionare sul lato della rete, dove la tensione alternata e gli incroci zero aiutano a estinguere gli archi. Protegge da picchi provenienti dalla rete di utilità o da eventi di commutazione all'interno dell'installazione.

Per renderlo più chiaro, considera il seguente confronto.

Protezione contro le sovratensioni lato CC vs lato CA negli impianti solari fotovoltaici

Questa tabella mostra che gli SPD DC e AC proteggono da diversi percorsi di sovratensione e sono installati in punti diversi. Lavorano insieme come un sistema. Proteggere solo un lato lascia l'altro lato come una porta aperta per le sovratensioni.

Tipo 2 vs tipo 3 SPD nei sistemi solari

Nella maggior parte delle installazioni solari, la decisione principale non è tra molti tipi di SPD esotici, ma tra l'uso Tipo 2 E Tipo 3 dispositivi correttamente.

• Perché il tipo 2 è l'impostazione predefinita per i pannelli fotovoltaici
  Tipo 2 SPD sono progettati per gestire la maggior parte delle sovratensioni indotte e di commutazione che si verificano nelle normali installazioni. Hanno una capacità di scarico e una manipolazione di energia sufficienti per sopravvivere a eventi ripetuti per molti anni. Per questo motivo, il tipo 2 è la scelta standard per entrambi i lati CC e CA nella maggior parte degli impianti FV.
  
• Perché il tipo 3 è supplementare
  Gli SPD di tipo 3 sono per una protezione fine molto vicina alle apparecchiature sensibili. Hanno una capacità di scarico inferiore e non sono pensati per essere il primo o l'unico stadio di protezione. Negli impianti fotovoltaici, a volte vengono utilizzati vicino a apparecchiature di monitoraggio, porte di comunicazione o elettronica di controllo molto sensibili.
  
• Perché il tipo 3 non può sostituire la protezione del pannello
  Un dispositivo di tipo 3 da solo non può gestire in sicurezza l'energia delle sovratensioni provenienti da lunghi cavi esterni o dalla rete. Se viene utilizzato senza un dispositivo di tipo 2 a monte adeguato, può guastarsi rapidamente o fornire una protezione reale.
  

In breve, il tipo 2 è il cavallo di battaglia della protezione dalle sovratensioni negli impianti solari. Il tipo 3 è solo un ulteriore livello locale.

Criteri chiave di selezione per SPD per il sistema solare

• SPD20C/3-1500 PV S Classe II
• Designazione: Tipo2
• Classificazione: Classe II
• Modalità di protezione: (+/-)–>PE , (-/+)–>PE , (+/-)–>(-/+)
• Tensione nominale UN: 1500 VDC
• massimo. Tensione di funzionamento continuo UC (L-N): 180 VDC
• Corrente di cortocircuito ISCPV: 100 A
• Corrente di funzionamento continua ICPV: <20 µA
• Corrente di carico nominale: 80 A
• Corrente di scarica massima (8/20μs) Imax:40 kA
• Corrente di scarica nominale (8/20μs) in:20 kA
• Livello di protezione in tensione: ≤5,0 kV
• Resistenza di isolamento: ＞1000 MΩ
• Materiale dell'alloggiamento: UL94V-0
• Grado di protezione: IP20

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Scegliere un SPD per Sistemi solari non si tratta di affermazioni di marca o di marketing. Si tratta di abbinare il dispositivo alle condizioni elettriche e fisiche dell'installazione. La seguente lista di controllo copre i punti più importanti.

Lista di controllo per la selezione

• Tensione di stringa PV (Voc + effetti di temperatura)
  La massima tensione a circuito aperto della stringa FV aumenta alle basse temperature. L'SPD CC deve avere una tensione di funzionamento continua (UC) superiore a questo valore peggiore, non solo la tensione nominale del sistema.
  
• Posizionamento DC vs AC
  Assicurarsi che il dispositivo sia progettato e certificato in modo specifico per l'uso in corrente continua o in corrente alternata, a seconda di dove verrà installato. Non mescolarli.
  
• Lunghezza del cavo ed esposizione
  I cavi lunghi all'aperto aumentano il rischio di sovratensione e spesso giustificano il posizionamento degli SPD sia sul lato dell'array che sul lato dell'inverter, non solo in un'unica posizione.
  
• Sistema di messa a terra e di incollaggio
  L'SPD può deviare l'energia di sovratensione verso la Terra solo se esiste un sistema di messa a terra ben legato a bassa impedenza. Il concetto di messa a terra e la selezione SPD devono essere considerati insieme.
  
• Coordinamento tra le fasi
  Se si utilizza più di un SPD (ad esempio, uno sulla scheda principale e uno vicino all'inverter), i livelli di protezione della tensione e la gestione dell'energia dovrebbero essere coordinati in modo da condividere correttamente lo stress invece di combattersi l'un l'altro.
  

Quando questi punti vengono rispettati, il selezionato Dispositivo di protezione contro le sovratensioni per pannello solare Le installazioni svolgeranno il suo lavoro per molti anni invece che solo su carta.

Tipici layout di posizionamento SPD nelle installazioni solari

Il layout esatto dipende dalle dimensioni e dalla struttura del sistema, ma la logica è simile nella maggior parte dei casi: arrestare le sovratensioni il più vicino possibile a dove entrano e proteggere l'inverter da entrambi i lati.

Sistemi di tetto a terra

In un tipico sistema residenziale, le corde FV funzionano direttamente dal tetto a un singolo inverter.

• sul Lato DC, un SPD di tipo 2 CC viene spesso installato nel box combinatore sul tetto (se presente) o all'ingresso CC dell'inverter.
  
• sul Lato AC, Un SPD di tipo 2 AC è installato nella scheda di distribuzione principale o vicino all'uscita dell'inverter.
  

L'obiettivo è mantenere l'inverter tra due punti di protezione, uno per ogni percorso di sovratensione.

Sistemi di tetto commerciali

I sistemi commerciali di solito hanno cicli di cavi più lunghi, più stringhe e talvolta diversi inverter.

• Lato DC Gli SPD vengono spesso collocati in scatole combinatori e talvolta di nuovo vicino agli ingressi dell'inverter se le distanze sono grandi.
  
• Lato AC Gli SPD sono posizionati alle uscite dell'inverter e alla scheda di distribuzione a bassa tensione.
  

Qui, il coordinamento tra diversi SPD diventa più importante perché le sovratensioni possono entrare in molti punti.

Sistemi solari a terra

I sistemi montati a terra possono avere un cavo CC molto lungo su aree aperte.

• Lato DC La protezione è spesso installata sia nel campo dell'array (nelle scatole del combinatore sul campo) che nell'inverter o nella centrale elettrica.
  
• Lato AC La protezione è installata all'uscita dell'inverter e al punto di connessione della rete.
  

La logica è sempre la stessa: ridurre passo dopo passo l'impennata, invece di lasciarla percorrere l'intera lunghezza del cavo nell'elettronica.

Pratiche di installazione che decidono le prestazioni

Anche il miglior dispositivo di protezione contro le sovratensioni può funzionare male se installato in modo errato. In molti guasti reali, il problema non è il dispositivo stesso, ma il modo in cui è connesso.

• Brevi contatti di connessione
  I fili dall'SPD alla fase, i conduttori CC e la terra dovrebbero essere il più corti possibile. Ogni centimetro in più aggiunge induttanza e aumenta la tensione che appare all'apparecchiatura durante un'impennata.
  
• Nessun loop nel cablaggio
  I fili ad arrotolato o a spirale agiscono come induttori e rendono l'SPD molto meno efficace durante i transienti veloci.
  
• Chiudere il montaggio all'apparecchiatura protetta o al punto di ingresso
  L'SPD deve essere installato vicino al punto in cui i cavi entrano nell'inverter o nell'edificio, non lontano in un altro armadio a meno che non ci sia una buona ragione.
  
• Legatura di alta qualità alla Terra
  Il collegamento di terra deve essere a bassa impedenza e ben legato al resto del sistema di messa a terra. Una povera terra rende quasi inutile qualsiasi dispositivo di protezione contro le sovratensioni.
  

Questi dettagli di installazione hanno spesso un impatto maggiore sulle prestazioni di protezione reali rispetto alle piccole differenze nei valori della scheda tecnica SPD.

Errori comuni nella progettazione SPD solare

Molti sistemi solari hanno una qualche forma di protezione contro le sovratensioni, ma subiscono comunque danni a causa di errori di progettazione di base.

Solo protezione CA o solo DC
Proteggendo solo il lato della griglia o solo il lato FV lascia l'inverter esposto dall'altra direzione.

Posizionamento sbagliato
Un SPD installato lontano dal punto di ingresso del cavo o con cavi di collegamento lunghi non può bloccare la tensione dove è importante.

Utilizzo eccessivo di dispositivi di tipo 3
I dispositivi di tipo 3 a volte vengono utilizzati come unica fase di protezione perché sono piccoli ed economici. Questo non è ciò per cui sono progettati negli impianti FV.

Possibili ipotesi di fondazione
Supponendo che "c'è una connessione a terra da qualche parte" non è sufficiente. Senza un sistema di messa a terra e incollaggio ben progettato e a bassa impedenza, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni non possono funzionare come previsto.

Evitare questi errori è spesso più importante della scelta tra due prodotti simili.

Oltre alle linee elettriche, anche le porte di comunicazione inverter come RS485 o Ethernet possono trasportare energia di sovratensione. In alcune installazioni, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni della linea dati vengono utilizzati per ridurre il rischio di danni attraverso cavi di monitoraggio e comunicazione.

Conclusione

La migliore protezione contro le sovratensioni per le installazioni di pannelli solari non è un singolo dispositivo ma un sistema di protezione coordinato che copre sia i lati CC che CA dell'installazione. Poiché le sovratensioni possono entrare dal PV o dalla rete, entrambi i percorsi devono essere protetti se l'inverter e altri dispositivi elettronici devono rimanere affidabili a lungo termine. Nella maggior parte dei sistemi solari, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni di tipo 2 forniscono lo strato di protezione principale, mentre i dispositivi di tipo 3 vengono utilizzati solo per la protezione locale e supplementare vicino a apparecchiature sensibili. Più delle valutazioni grezze di qualsiasi singolo dispositivo, selezione corretta per l'uso DC o CA, un corretto coordinamento tra le fasi di protezione, una buona messa a terra e l'incollaggio e le pratiche di installazione accurate sono ciò che determina se la protezione contro le sovratensioni funzionerà effettivamente in condizioni operative reali.

Domande frequenti