Font: iaeimagazine.org
La tempesta perfecta de Lightning per a la destrucció es troba al camp solar. Els panells solars 'grans - i sovint exposats i aïllats - La ubicació fa que la protecció de sobretensió sigui crítica perquè duri la seva vida.
Els llamps són una descàrrega elèctrica a l’atmosfera. Quan els llamps es produeixen, els incendis són propensos a produir -se a causa de l’alliberament d’energia. Els núvols de Nimbus (núvols de pluja) tenen una concentració de càrrega elèctrica i la seva acumulació crea una ionització de l’aire. La ionització de l’aire que es troba entre el terra i els núvols Nimbus crea una descàrrega des dels núvols fins a terra. Els núvols de Nimbus provoquen les majors augments perquè són el que generen llamps.
Els llamps indirectes són destructius. Les observacions anecdòtiques sobre l'activitat del llamp sol ser un indicador deficient del nivell de llamps - sobretensions induïdes en matrius fotovoltaiques1. Els llamps indirectes poden danyar fàcilment els components sensibles dins dels equips fotovoltaics, que sovint tenen un cost elevat per reparar o substituir els components danyats i afecta la fiabilitat del sistema fotovoltaic1. La sobretensió depèn de les condicions de configuració de cada sistema fotovoltaic i dels cablejats.
Els sistemes fotovoltaics s’exposen en grans espais oberts, normalment en camps o a la part superior dels edificis. Els núvols de pluja carregats que s’acumulen sobre aquests camps oberts tenen la propensió a alliberar la càrrega en forma de llamps. Quan això succeeix, és probable que es produeixi una tensió. Com més expansiu sigui el camp, més probabilitat es produeixi.
Els equips electrònics es poden danyar fàcilment fins al punt de fallada catastròfica per sobre. Si es produeix un augment quan hi ha algun personal, també posarà en perill la seva seguretat. Els llamps indirectes poden ser fatals si la persona es troba a 60 metres del punt del llamp [2]. Quan un sistema fotovoltaic es troba en un lloc industrial, les operacions i els equips empresarials també es troben en perill. Els inversors són costosos, però per a aplicacions industrials, un fracàs encara més car és el cost dels temps d’aturada.
Quan els llamps colpegen un sistema fotovoltaic solar, provoca un corrent transitori induït i una tensió dins dels bucles de filferro PV solar. Aquests corrents i tensions transitòries apareixeran als terminals dels equips i probablement causen aïllats i fallades dielèctriques dins dels components elèctrics i electrònics solars PV com els panells fotovoltaics, l’inversor, el control i els equips de comunicacions2, així com dispositius a la instal·lació de l'edifici3. El quadre de matrius, l’inversor i el dispositiu MPPT (Tracker Power Power Point) tenen els punts més alts de fallada.
Per evitar que l’alta energia passi per l’electrònica i causi danys d’alta tensió al sistema fotovoltaic, les pujades de tensió han de tenir un camí cap a terra. Per fer -ho, totes les superfícies conductores haurien de posar -se directament a terra i tot el cablejat que entra i surt del sistema (com ara els cables Ethernet i les principals de CA) s’acoblin a terra a través d’un dispositiu de protecció de sobretensió (SPD).
Es necessita un SPD per a cada grup de les cadenes dins del quadre de matrius, la caixa recombinadora, així com la desconnexió de corrent continu.
Classificacions de dispositius de protecció de sobretensió
Els SPD proporcionen protecció contra els perills causats per les pujades.
UL 1449 [4] defineix els SPD de tipus 1, tipus 2 i tipus 3:
Tipus 1:Un port, SPDs connectat permanentment, excepte WATT {{0- Recintes de soca de metre d’hora, destinades a la instal·lació entre la secundària del transformador del servei i el costat de la línia del dispositiu sobrecurrent de l’equip de servei, així com el costat de càrrega, inclosos WATT - recinte de socket de metre d’hora i els SPDs modelat que es destinen a instal·lar -se sense un dispositiu protector ovcurent extern. Els SPD de tipus 1 per utilitzar -los en sistemes fotovoltaics es poden connectar entre la matriu fotovoltaica i la desconnexió del servei principal.
Tipus 2:Els SPD connectats permanentment destinats a la instal·lació al costat de càrrega del dispositiu de sobrecorrent de l'equip de servei; inclosos els SPD situats al tauler de la branca i els casos de caixa modelats. El valor IMAX és el corrent màxim de descàrrega única representada per una forma d'ona de 8/20 µs que pot suportar la SPD.
Tipus 3:Punt d’utilització SPDS, instal·lat a una longitud mínima del conductor de 10 metres des del panell de servei elèctric fins al punt d’utilització, per exemple, el cordó connectat, el connector directe -, el tipus de receptacle i els SPD instal·lats en l’equip d’ús protegit. La distància (10 metres) és exclusiva dels conductors que es proporcionen o s’utilitzen per enganxar SPD.
Els SPD de tipus 1 protegeixen contra les vagues de raig directe i es caracteritzen per onada de corrent de 10/350 µs. Els SPD de tipus 1 s'utilitzen en inversors centrals.
Els SPD de tipus 2 protegeixen contra els llamps indirectes, que es caracteritzen per formes d'ona de 8/20 µs. Una forma d'ona de 8/20 µs significa que la vaga té un temps de pujada de 8 µs i una durada a un - mig pic de 20 µs. Els SPD tipus 2 impedeixen la propagació de la sobretensió a instal·lacions i equips elèctrics. També protegeixen contra l'efecte electromagnètic de Lightning que propaga un augment dins del fil.
S'ha d'utilitzar un tipus de tipus 2 SPD a cada MPPT i dins dels inversors de cadena i caixes de matrius.
Les caixes on es produeixen augments solen fer -se malbé per vagues indirectes. No només és el tipus de material i alçada, sinó també la forma que afecta la capacitat d’un objecte d’atreure llamps. Si la forma de la caixa o el material té una propensió a atraure cops de raig, s’hauria d’utilitzar un SPD de tipus 1 o una barra de llamps.
L’alçada, les formes punxegudes i l’aïllament són les característiques dominants que determinen on es produeix els llamps. És un mite que el metall atrau llamps. Tanmateix, és important tenir en compte que, independentment de la granja PV, o la forma de qualsevol objecte proper, els SPD són essencials per a cada sistema fotovoltaic a causa de la seva susceptibilitat inherent a les vagues directes i indirectes.
Selecció i instal·lació del dispositiu de protecció de sobretensió per a sistemes fotovoltaics
Els sistemes fotovoltaics tenen característiques úniques, que per tant requereixen l’ús de SPDs dissenyats específicament per a sistemes fotovoltaics.
Els sistemes fotovoltaics tenen altes tensions del sistema de corrent continu fins a 1500 volts. El seu punt de potència màxima funciona a només uns percentils per sota del corrent de curtcircuit del sistema.
Per determinar el mòdul SPD adequat per al sistema fotovoltaic i la seva instal·lació, heu de saber:
La densitat de flaix rodó del llamp;
la temperatura de funcionament del sistema;
la tensió del sistema;
la qualificació de corrent de curtcircuit del sistema;
el nivell de forma d’ona que s’ha de protegir contra (llamp indirecte o directe); i
El corrent de descàrrega nominal.
Els requisits SPD per a una instal·lació protegits per un sistema de protecció de llamps extern (LPS) depenen de la classe seleccionada del LPS i de si la distància de separació entre el LPS i la instal·lació PV està aïllada o no aïllada - [4]. IEC 62305-3 detalla els requisits de distància de separació per a un LPS extern.
Per tenir un efecte protector, el nivell de protecció de tensió de SPD (UP) hauria de ser un 20 % inferior a la força dielèctrica dels equips del terminal del sistema.
És important utilitzar un SPD amb un corrent de curtcircuit que suporti un corrent superior al corrent de curtcircuit de la cadena de matriu solar a la qual es connecta el SPD. El SPD que es proporciona a la sortida de corrent continu ha de tenir un DC MCOV igual o superior a la tensió màxima del sistema fotovoltaic del panell.
Quan els llamps es produeixen al punt A (vegeu la figura 1), és probable que el panell PV solar i el inversor es facin mal. Només l’inversor es danyarà si els llamps es produeixen al punt B. Tanmateix, l’inversor és normalment el component més car dins d’un sistema fotovoltaic, és per això que és fonamental seleccionar i instal·lar correctament el SPD correcte tant a les línies AC com en corrent continu. Com més a prop és la vaga a l’inversor, més danyat serà l’inversor.
Figura 1.Ubicació de llamp.
SPD per al costat de corrent continu dels sistemes fotovoltaics
Les fonts fotovoltaiques tenen característiques de corrent i tensió molt diferents que les fonts de DC tradicionals: tenen una característica lineal no - i causen llarga - persistència del terme d'arcs enceses. Per tant, les fonts de corrent fotovoltaic no només requereixen interruptors fotovoltaics i fusibles fotovoltaics més grans, sinó que també un desconnector per al dispositiu de protecció de sobretensió que s’adapta a aquesta naturalesa única i capaç d’afrontar els corrents fotovoltaics.
Els SPD instal·lats al costat de corrent continu han de ser sempre dissenyats específicament per a aplicacions de corrent continu. L’ús d’un SPD al costat incorrecte CA o DC és perillós en condicions de falla.
Quan s’utilitzen SPD al costat de corrent continu, també s’han d’utilitzar al costat de CA a causa de les diferències potencials.
SPD per al costat de CA
La protecció contra la sobretensió és tan important per al costat de CA com per al costat de corrent continu. Assegureu -vos que el SPD estigui dissenyat específicament per al costat de CA.
Per a una protecció òptima, l’SPD s’ha de dimensionar específicament per al sistema. La selecció adequada garantirà la millor protecció amb la vida útil més llarga.
Al costat de CA, es poden connectar diversos inversors al mateix SPD si comparteixen la mateixa connexió de xarxa.
Instal·lació
Els SPD sempre s’han d’instal·lar aigües amunt dels dispositius que protegiran. NFPA 780 12.4.2.1 diu que la protecció de sobretensió es proporcionarà a la sortida de corrent continu del panell solar de positiu a terra i negatiu a terra, a la caixa de combinadors i recombinadors per a diversos panells solars i a la sortida de CA de l’inversor.
La instal·lació adequada d’un SPD es basa en tres valors, que són:
Tensió màxima de funcionament continu: la tensió que s’activarà el SPD.
Nivell de protecció de tensió: la categoria de sobretensió de l'equip ha de ser superior al nivell de protecció de tensió de l'SPD.
Corrent de descàrrega nominal: el valor màxim de la forma d'ona (8/20 µs per a SPDs de tipus 2) que la SPD és capaç de suportar després de les pujades repetitives.
Cables
Els cables dels sistemes fotovoltaics sovint s’estenen a llargues distàncies de manera que puguin arribar al punt de connexió de la xarxa. Tot i això, les longituds de cable llargues no es recomana mai i els sistemes fotovoltaics estan lluny d’una excepció.
Això es deu al fet que l'efecte del camp - basat i realitzat interferències elèctriques causades per les descàrregues dels llamps augmenta en relació amb l'augment de les longituds del cable i els bucles del conductor. Quan es produeix una sobretensió transitòria, qualsevol caiguda de tensió inductiva als cables de connexió pot debilitar l'efecte protector de la SPD. Això és menys probable que es produeixi si els cables s’encaminen per ser el més curts possibles.
La tensió de sobretensió és un contribuent important a la fallada del cable i cada impuls sobre un cable contribuirà al deteriorament de la força d’aïllament del cable.
Si s’injecta un sobrecost en un suport - només un sistema PV (un sistema que està lluny de la xarxa elèctrica), es poden interrompre qualsevol operació d’equips que s’alimenta amb electricitat solar, com ara equips mèdics o subministrament d’aigua.
La ubicació i la quantitat de SPDs per instal·lar al costat de corrent continu depenen de la longitud del cable entre els panells solars i l’inversor (vegeu Taula 1). Si la longitud és inferior a 10 metres, només és necessari un SPD i s'ha d'instal·lar el SPD a les mateixes proximitats que l'inversor. Si la longitud del cable és superior a 10 metres, instal·leu un SPD dins dels voltants de l’inversor i un segon SPD a la caixa que es troba a prop del panell solar.
Ruta cables de manera que eviti els grans bucles de conductor. Les línies de CA i DC i les línies de dades s’han d’encaminar juntament amb els conductors d’enllaç equipotencials al llarg de tota la ruta per assegurar -se que els bucles del conductor no es formen des de l’encaminament sobre diverses cadenes o quan connecteu l’inversor a la connexió de la graella.
Taula 1.Selecció SPD.
Com combinar els SPD amb els inversors
Les explotacions fotovoltaiques estan formades per equips molt sensibles que necessiten protecció expansiva. Com que les explotacions fotovoltaiques creen potència de corrent directe (DC), els inversors (que són necessaris per convertir aquesta potència de DC a AC) són un component essencial per a la seva producció elèctrica. Malauradament, els inversors no només són molt susceptibles a les vagues de llamps, sinó que són increïblement cares.
NFPA 780,Estàndard per a la instal·lació de sistemes de protecció dels llamps, el 12.4.2.3 requereix SPDs addicionals a l’entrada de corrent continu de l’inversor si l’inversor del sistema es troba a més de 30 metres del combinador més proper o caixa de recombiner.
Instal·leu el SPD entre els fusibles i l’inversor si hi ha protectors de cadena (com ara fusibles, interruptors de corrent continu o díodes de corda) [vegeu la figura 2].
Figura 2.SPD connectat correctament i incorrectament a l’inversor amb protectors de cordes.
Per connectar un SPD quan hi ha un inversor amb un quadre de fusibles integrat, assegureu -vos que els fusibles interns s’eviten i que els fusibles de cadena externa estiguin connectats (vegeu la figura 3). El SPDS s’ha de muntar fora de l’inversor i en un tipus NEMA Type - 3 r o superior si es tracta d’una aplicació exterior.
Els inversors de cadena s’han d’instal·lar el més a prop possible de les cadenes. Els cables SPD que es connecten a la xarxa L+/L -, i entre el bloc de terminal de SPD i la barra de bus de terra, han de ser inferiors a 2,5 metres. Com més curt sigui els cables de connexió, més eficients i costos - seran efectius la protecció.
Per als inversors amb un sol rastrejador MPP, combina la cadena davant l’inversor i connecteu -les a la SPD en el punt d’interconnexió.
Les combinacions SPD s’han de planificar per a cada entrada quan l’inversor tingui diversos rastrejadors de MPP. S'ha d'utilitzar un SPD per a cada entrada que es fusioni amb un díode de cadena.
Figura 3.SPD connectat a Inversor amb el quadre de fusibles integrat
Conclusió
Per operar equips fotovoltaics sense una protecció adequada de sobretensió és més que un negoci arriscat - És imprudent.
Perquè els sistemes solars siguin el futur d’un món més verd, s’han de protegir. L’aparició de llamps és imparable i, per tant, la protecció és essencial.
La vulnerabilitat de PhotoVoltaic Systems a Strikes Lightning - tant directe com indirecte - significa que s’han de construir amb protecció de sobretensió fiable i instal·lada correctament.
