Quais são os melhores SPDs para instalações de painéis solares?

Para a maioria das instalações de painéis solares, a melhor abordagem é a proteção contra surtos coordenadas: um SPD CC na entrada PV ou entrada DC do inversor, um SPD AC na saída do inversor ou painel de distribuição e SPDs tipo 2 como camada de proteção primária. Os dispositivos do tipo 3 são usados apenas próximos a nós finais sensíveis.

Isso significa que não existe um único “melhor” dispositivo de proteção contra surtos para todos os sistemas solares. O melhor resultado vem do tipo certo de SPD, no lugar certo, com a instalação e aterramento corretos, de modo que os surtos sejam reduzidos passo a passo antes que possam danificar o inversor ou outros eletrônicos.

O que significa “melhor SPD” em sistemas solares fotovoltaicos

Nos sistemas solares fotovoltaicos, “melhor” não significa o maior dispositivo, a classificação atual mais alta ou o produto mais caro. Isso significa que o conceito de proteção se encaixa no sistema e a maneira como os surtos realmente o inserem.

Na prática, “melhor” significa:

Local correto
Um sistema solar tem dois mundos elétricos diferentes: o lado DC dos painéis e o lado CA conectado à rede ou cargas. Ambos os lados podem receber surtos e ambos os lados geralmente precisam de sua própria proteção.

Tipo de SPD correto
Os dispositivos do tipo 2 são normalmente a principal camada de proteção em sistemas fotovoltaicos. Os dispositivos do tipo 3 são apenas para proteção local e fina perto de equipamentos sensíveis.

Distância da fiação e qualidade do aterramento
Até mesmo um dispositivo de proteção contra surtos muito bom funciona mal se for instalado com fios longos, laços ou má ligação à terra.

Resistência repetitiva de surtos
As instalações solares ficam expostas por muitos anos. O SPD deve tolerar muitos surtos menores ao longo do tempo, não apenas um único grande evento.

Portanto, o “melhor” SPD para um sistema solar é aquele que é selecionado corretamente para o lado DC ou AC, devidamente coordenado com outros estágios de proteção e instalado com conexões curtas e bem coladas.

Por que as instalações de painéis solares são sensíveis a surtos

Os sistemas solares fotovoltaicos estão mais expostos a problemas de surtos do que muitas outras instalações elétricas. Isso não ocorre porque o equipamento é fraco, mas sim como e onde o sistema está instalado.

cabos longos CC
As cordas fotovoltaicas geralmente percorrem dezenas ou até centenas de metros em telhados ou campos. Cabos longos agem como antenas e podem captar tensões induzidas por atividades de raios nas proximidades, mesmo que não haja um ataque direto.

exposição externa
Painéis, caixas combinadoras e partes do cabeamento são instaladas ao ar livre. Isso aumenta a chance de efeitos de relâmpago diretos ou indiretos e sobretensões transitórias rápidas.

Eletrônicos inversores sensíveis
Os inversores modernos contêm eletrônica de potência de alta densidade, placas de controle e interfaces de comunicação. Esses componentes podem ser danificados por impulsos de sobretensão relativamente pequenos.

Dois caminhos principais de entrada de surto
Os surtos podem vir do Lado da matriz (através dos cabos DC do campo PV) e do Lado da grade (através da rede CA). Se apenas um lado estiver protegido, o outro lado ainda pode destruir o inversor.

Devido a esses fatores, a proteção contra surtos coordenadas não é opcional na maioria dos sistemas fotovoltaicos. É parte da confiabilidade básica e do design de tempo de atividade.

DC SPD vs AC SPD em instalações de painéis solares

DC SPDs e AC SPDs têm diferentes empregos em uma instalação solar. Eles não são intercambiáveis, mesmo que pareçam semelhantes.

A DC SPD É projetado para funcionar no lado PV, onde há tensão contínua contínua, geralmente em níveis elevados (600 V, 1000 V, 1500 V ou mais). Ele deve lidar com o comportamento do arco específico para DC e ser compatível com a tensão da coluna PV.

Um SPD foi projetado para funcionar no lado da grade, onde as alternadas de tensão e os cruzamentos zero ajudam a extinguir os arcos. Ele protege contra surtos provenientes da rede de serviços públicos ou de comutação de eventos dentro da instalação.

Para tornar isso mais claro, considere a comparação a seguir.

Proteção contra surtos do lado DC e do lado CA em sistemas solares fotovoltaicos

Esta tabela mostra que os SPDs CC e AC protegem contra diferentes caminhos de surto e são instalados em diferentes pontos. Eles trabalham juntos como um sistema. Proteger apenas um lado deixa o outro lado como uma porta aberta para surtos.

Tipo 2 VS tipo 3 SPDs em sistemas solares

Na maioria das instalações solares, a decisão principal não é entre muitos tipos exóticos de SPD, mas entre o uso de tipo 2 e tipo 3 dispositivos corretamente.

• Por que o tipo 2 é o padrão para painéis PV
  tipo 2 SPDs São projetados para lidar com a maioria dos surtos induzidos e comutação que ocorrem em instalações normais. Eles têm capacidade de descarga e manuseio de energia suficientes para sobreviver a eventos repetidos ao longo de muitos anos. Por esse motivo, o tipo 2 é a escolha padrão para os lados CC e CA na maioria dos sistemas fotovoltaicos.
  
• Por que o tipo 3 é suplementar
  Os SPDs tipo 3 são para proteção fina muito perto de equipamentos sensíveis. Eles têm menor capacidade de descarga e não devem ser o primeiro ou único estágio de proteção. Nos sistemas fotovoltaicos, às vezes são usados perto de equipamentos de monitoramento, portas de comunicação ou eletrônicos de controle muito sensíveis.
  
• Por que o Tipo 3 não pode substituir a proteção do painel
  Um dispositivo tipo 3 sozinho não pode lidar com segurança com os surtos provenientes de longos cabos externos ou da rede. Se for usado sem um dispositivo adequado tipo 2, ele pode falhar rapidamente ou fornecer pouca proteção real.
  

Em suma, o tipo 2 é o burleno de proteção contra surtos em instalações solares. O tipo 3 é apenas uma camada local adicional.

Critérios-chave de seleção para SPD para o sistema solar

• SPD20C/3-1500 PV S Classe II
• Designação: tipo2
• Classificação: classe II
• Modo de proteção: (+/-)–>PE , (-/+)–>PE , (+/-)–>(-/+)
• Tensão nominal UN: 1500 VDC
• máx. Tensão de operação contínua UC (L-N): 180 VDC
• Classificação da corrente de curto-circuito ISCPV: 100 A
• CIPV de corrente de operação contínua: <20 µa
• Corrente de carga nominal: 80 A
• Corrente de descarga máxima (8/20μs) IMAX:40 ka
• Corrente de descarga nominal (8/20μs) em:20 ka
• Nível de proteção de tensão: ≤5,0 kV
• Resistência ao isolamento: ＞1000 MΩ
• Material da carcaça: UL94V-0
• Grau de proteção: IP20

Obter uma cotação

escolhendo um SPD para sistemas solares Não é sobre reivindicações de marca ou marketing. Trata-se de combinar o dispositivo com as condições elétricas e físicas da instalação. A lista de verificação a seguir abrange os pontos mais importantes.

Lista de verificação de seleção

• Tensão de corda PV (VOC + efeitos de temperatura)
  A tensão máxima de circuito aberto da corda PV aumenta em baixas temperaturas. O DC SPD deve ter uma classificação de tensão operacional contínua (UC) superior a esse valor do pior caso, não apenas a tensão nominal do sistema.
  
• Colocação DC vs AC
  Certifique-se de que o dispositivo foi projetado e certificado especificamente para uso em DC ou CA, dependendo de onde será instalado. Não os misture.
  
• Comprimento e exposição do cabo
  Cabos externos longos aumentam o risco de surto e geralmente justificam a colocação de SPDs tanto no lado da matriz quanto no lado do inversor, não apenas em um local.
  
• Sistema de aterramento e colagem
  O SPD só pode desviar a energia do surto para a Terra se houver um sistema de aterramento de baixa impedância e bem colado. O conceito de aterramento e a seleção do SPD devem ser considerados em conjunto.
  
• Coordenação entre as fases
  Se for usado mais de um SPD (por exemplo, um na placa principal e outro próximo ao inversor), seus níveis de proteção de tensão e manuseio de energia devem ser coordenados para que eles compartilhem o estresse corretamente em vez de lutar contra o outro.
  

Quando esses pontos são respeitados, o selecionado Dispositivo de proteção contra surtos para painel solar As instalações realizarão seu trabalho por muitos anos, em vez de apenas no papel.

Layouts típicos de colocação de SPD em instalações solares

O layout exato depende do tamanho e da estrutura do sistema, mas a lógica é semelhante na maioria dos casos: STOP é o mais próximo possível de onde eles entram e protege o inversor de ambos os lados.

Sistemas de telhados residenciais

Em um sistema residencial típico, as cordas fotovoltaicas vão do telhado diretamente para um único inversor.

• no Lado DC, um SPD CC tipo 2 é frequentemente instalado na caixa do combinador de telhado (se presente) ou na entrada DC do inversor.
  
• no Lado AC, um SPD tipo 2 AC é instalado no quadro de distribuição principal ou próximo à saída do inversor.
  

O objetivo é manter o inversor entre dois pontos de proteção, um para cada caminho de surto.

Sistemas comerciais de telhados

Os sistemas comerciais geralmente têm cabos mais longos, várias strings e, às vezes, vários inversores.

• Lado DC Os SPDs são frequentemente colocados em caixas combinadoras e, às vezes, novamente perto das entradas do inversor se as distâncias forem grandes.
  
• Lado AC Os SPDs são colocados nas saídas do inversor e no principal quadro de distribuição de baixa tensão.
  

Aqui, a coordenação entre vários SPDs se torna mais importante porque os surtos podem entrar em muitos pontos.

Sistemas solares montados no solo

Os sistemas montados no solo podem ter cabos de CC muito longos em áreas abertas.

• Lado DC A proteção é frequentemente instalada tanto no campo de matriz (em caixas de combinação de campo) quanto no inversor ou central elétrica.
  
• Lado AC A proteção é instalada na saída do inversor e no ponto de conexão da rede.
  

A lógica é sempre a mesma: reduza o surto passo a passo, em vez de deixá-lo percorrer todo o comprimento do cabo para os eletrônicos.

Práticas de instalação que decidem o desempenho

Até mesmo o melhor dispositivo de proteção contra surtos pode ter um desempenho ruim se estiver instalado incorretamente. Em muitas falhas reais, o problema não é o dispositivo em si, mas a maneira como ele está conectado.

• cabos de conexão curtos
  Os fios do SPD à fase, condutores de DC e terra devem ser o mais curtos possível. Cada centímetro extra adiciona indutância e aumenta a tensão que aparece no equipamento durante um surto.
  
• Sem loops na fiação
  Os fios em loop ou enrolados atuam como indutores e tornam o SPD muito menos eficaz durante os transientes rápidos.
  
• Fechar a montagem no equipamento protegido ou ponto de entrada
  O SPD deve ser instalado próximo ao local onde os cabos entram no inversor ou no prédio, não muito longe em outro gabinete, a menos que haja um bom motivo.
  
• Ligação de alta qualidade à Terra
  A conexão aterrada deve ser de baixa impedância e bem ligada ao restante do sistema de aterramento. Uma terra pobre torna qualquer dispositivo de proteção contra surtos quase inútil.
  

Esses detalhes de instalação geralmente têm mais impacto no desempenho de proteção real do que pequenas diferenças nos valores da folha de dados do SPD.

Erros comuns no design de SPD solar

Muitos sistemas solares têm algum tipo de proteção contra surtos, mas ainda sofrem danos devido a erros básicos de design.

Apenas proteção AC ou apenas DC
Proteger apenas o lado da grade ou apenas o lado PV deixa o inversor exposto na outra direção.

Colocação errada
Um SPD instalado longe do ponto de entrada do cabo ou com cabos de conexão longos não pode prender a tensão onde importa.

Uso excessivo de dispositivos tipo 3
Os dispositivos do tipo 3 às vezes são usados como único estágio de proteção porque são pequenos e baratos. Não é para isso que eles são projetados em sistemas fotovoltaicos.

Suposições de aterramento ruins
Assumindo que “há uma conexão com a Terra em algum lugar” não é suficiente. Sem um sistema de ligação e aterramento de baixa impedância bem projetado e de baixa impedância, os dispositivos de proteção contra surtos não podem funcionar como pretendido.

Evitar esses erros geralmente é mais importante do que escolher entre dois produtos similares.

Além das linhas de energia, as portas de comunicação do inversor, como RS485 ou Ethernet, também podem transportar energia de surto. Em algumas instalações, os dispositivos de proteção contra surtos de linha de dados são usados para reduzir o risco de danos por meio de cabos de monitoramento e comunicação.

Conclusão

A melhor proteção contra surtos para instalações de painéis solares não é um único dispositivo, mas um sistema de proteção coordenado que cobre os lados DC e AC da instalação. Como os surtos podem entrar no conjunto fotovoltaico ou na grade, ambos os caminhos devem ser protegidos para que o inversor e outros eletrônicos permaneçam confiáveis a longo prazo. Na maioria dos sistemas solares, os dispositivos de proteção contra surtos tipo 2 fornecem a camada de proteção principal, enquanto os dispositivos tipo 3 são usados apenas para proteção local e suplementar próximo a equipamentos sensíveis. Mais do que as classificações brutas de qualquer dispositivo individual, a seleção correta para uso em DC ou CA, coordenação adequada entre os estágios de proteção, boa ligação e aterramento e práticas de instalação cuidadosas são o que determinam se a proteção contra surtos realmente funcionará em condições operacionais reais.

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