Con el rápido desarrollo de la nueva industria energética global, la energía fotovoltaica (PV) se ha convertido en una solución de energía limpia ampliamente utilizada para empresas, parques industriales, edificios comerciales y clientes residenciales. Sin embargo, en comparación con los sistemas de distribución tradicionales, los sistemas fotovoltaicos suelen instalarse en tejados de edificios, en espacios abiertos o en grandes plantas de energía fotovoltaica, lo que los expone a una exposición prolongada al entorno natural, haciéndolos más vulnerables a los rayos y las sobretensiones de la red.
Como fabricante de protectores contra sobretensiones (SPD), descubrimos que muchas fallas en los sistemas fotovoltaicos no se originan en los módulos en sí, sino en sobretensiones transitorias que dañan los inversores, los dispositivos de monitoreo o los sistemas de comunicaciones. Por lo tanto, en el diseño de proyectos fotovoltaicos modernos, los protectores contra sobretensiones ya no son opcionales, sino un componente importante para garantizar el funcionamiento seguro del sistema.
Entonces, ¿por qué los sistemas fotovoltaicos deben tener protectores contra sobretensiones? Este artículo analizará esto desde la perspectiva de la aplicación práctica.
1. Los sistemas fotovoltaicos son más susceptibles a los impactos de rayos
A diferencia de los equipos eléctricos de interior convencionales, la mayor parte del equipo de un sistema fotovoltaico se instala al aire libre durante largos períodos de tiempo.
Por ejemplo:
Módulos fotovoltaicos
Caja combinadora
Sistema de balanceo
Cables CC
Inversor
Suelen estar situados en una superficie amplia y cerca del punto más alto del edificio.
Cuando cae un rayo, se puede generar una potente sobretensión por inducción electromagnética, incluso si no incide directamente en el sistema fotovoltaico.
Esta sobretensión transitoria se propaga rápidamente a lo largo del circuito y afecta gravemente a los equipos del sistema.
Por lo tanto, el sistema fotovoltaico es un escenario de aplicación típico con alto riesgo de rayos.
2. Protección de equipos centrales como inversores
Los inversores suelen ser uno de los dispositivos más valiosos y críticos de todo el sistema fotovoltaico.
Su función principal es convertir la corriente continua (DC generada por el conjunto fotovoltaico) en corriente alterna y conectarla a la red eléctrica.
Sin embargo, el inversor incorpora una gran cantidad de componentes electrónicos sofisticados.
Por ejemplo:
módulos IGBT
circuito de control
Módulo de comunicaciones
Sistema de monitoreo
Estos componentes electrónicos son muy sensibles a la sobretensión.
Una vez afectado por el aumento repentino, puede provocar:
Apagado del sistema
interrupción de la comunicación
Pérdida de energía
Daño al equipo
La instalación de protectores contra sobretensiones puede reducir eficazmente el impacto de las sobretensiones transitorias en el inversor.
3. Evite daños a los módulos fotovoltaicos y las cajas combinadoras
Mucha gente piensa que los rayos sólo afectan al inversor.
De hecho, los componentes fotovoltaicos y las cajas de combinación también están en riesgo. En particular, en proyectos de energía terrestre-a gran escala:
Gran área de paneles fotovoltaicos;
longitud del cable
Alto riesgo de provocar rayos
A medida que la sobretensión viaja a lo largo de la línea de CC, puede provocar:
Rendimiento del módulo degradado
cajas combinadoras
Terminales de incineración
Los protectores contra sobretensiones del lado de CC pueden liberar energía rápidamente antes de que una sobretensión ingrese al dispositivo, lo que reduce el riesgo de daños.
4.Reducir el tiempo de inactividad del sistema y las pérdidas de generación de energía.
Para proyectos fotovoltaicos comerciales e industriales, el tiempo de inactividad del sistema significa una pérdida económica directa.
Por ejemplo:
Disminución de los ingresos por generación de energía
Interrupción de la producción
Mayores costos de mantenimiento.
Si un equipo crítico resulta dañado por una sobretensión, la reparación y el reemplazo suelen llevar mucho tiempo.
Cuando se produce una sobretensión, el SPD reacciona rápidamente para limitar la sobretensión a un rango seguro.
Esto ayuda a mejorar la continuidad del sistema y reducir el riesgo de tiempos de inactividad inesperados.
5. Los sistemas fotovoltaicos corren riesgo tanto en CA como en CC
En comparación con el sistema de energía ordinario, el sistema fotovoltaico tiene una estructura más singular.
Incluye:
Lado CC
Incluye:
Módulos Fotovoltaicos
Cadenas fotovoltaicas
Caja combinadora
Entrada del inversor
Lado comunicante
Incluye:
Salida del inversor
Armarios de distribución
Sistema de generación de red conectada
Las tormentas pueden entrar al sistema tanto por el lado de CC como por el de CA.
Por tanto, una solución completa de protección fotovoltaica contra el rayo suele requerir:
SPD CC
SPD de CA
Doble protección.
Esto crea todo un sistema de protección.
6. Cumplimiento de las especificaciones industriales y de ingeniería
Con la creciente regulación de la industria fotovoltaica, cada vez más países y regiones exigen que los proyectos estén equipados con medidas de protección contra sobretensiones.
En particular:
Proyectos Fotovoltaicos Comerciales e Industriales
Grandes centrales eléctricas-instaladas en el suelo
Sistemas fotovoltaicos en edificios públicos.
En la etapa de diseño, normalmente es necesario considerar:
Evaluación del riesgo de rayos
Esquema de configuración SPD
Diseño del sistema de puesta a tierra
Los requisitos estándar no solo ayudan a mejorar la seguridad del sistema, sino que también mejoran la tasa de aceptación del proyecto.
7. Protección de los Sistemas de Vigilancia y Comunicaciones
Las plantas fotovoltaicas modernas no sólo dependen del funcionamiento de equipos de generación de energía, sino que también requieren una gran cantidad de equipos de monitoreo inteligentes.
Por ejemplo:
Dispositivos de adquisición de datos
Sistemas de monitoreo ambiental
Módulo de comunicaciones
Plataformas de monitoreo remoto
Estos dispositivos suelen utilizar dispositivos electrónicos-de bajo voltaje.
Son más vulnerables a las sobretensiones que los equipos eléctricos.
Por lo tanto, la protección contra sobretensiones no solo protege el sistema de generación de energía en sí, sino que también protege el funcionamiento estable de toda la red de monitoreo.
8. Mejorar el retorno general de la inversión del sistema
Desde el punto de vista de la inversión en proyectos, el coste de los protectores contra sobretensiones suele ser una pequeña fracción de la inversión total en sistemas fotovoltaicos.
Sin embargo, el valor que aportan es enorme.
Incluye:
Reducir el riesgo de daños al equipo.
Menores costos de mantenimiento
Aumentar la disponibilidad del sistema
Ampliación de la vida útil de los equipos.
Mejorar la estabilidad de los ingresos de la generación eléctrica
Una configuración razonable de SPD es una inversión-rentable para plantas fotovoltaicas con una vida útil de diseño de más de 20 años.
¿Por qué cada vez más proyectos fotovoltaicos enfatizan las configuraciones SPD?
Con el creciente nivel de inteligencia del inversor y la escala en expansión de las centrales fotovoltaicas, el valor del equipo y la complejidad del sistema también están aumentando.
En caso de daño por sobretensión, no solo causará una falla en el equipo, sino que también afectará el funcionamiento de toda la planta.
Como resultado, cada vez más proyectos incorporan protección contra sobretensiones en su diseño general desde las primeras etapas de construcción.
Los protectores contra sobretensiones (SPD) se han vuelto tan importantes para los sistemas fotovoltaicos modernos como los disyuntores y los fusibles.
Conclusión:
Los sistemas fotovoltaicos funcionan durante mucho tiempo al aire libre y se enfrentan a riesgos como rayos, fluctuaciones de la red y sobretensiones inducidas. La instalación de protectores contra sobretensiones no solo protege a los inversores, los componentes fotovoltaicos y los equipos de monitoreo contra daños por sobretensiones, sino que también reduce el tiempo de inactividad, reduce los costos de mantenimiento y mejora la confiabilidad a largo plazo de los sistemas de generación de energía. La configuración adecuada de los protectores contra sobretensiones del lado de CA se ha convertido en un paso fundamental para los propietarios que desean garantizar un funcionamiento seguro y un retorno de la inversión en proyectos fotovoltaicos.
Preguntas frecuentes ¿El sistema fotovoltaico necesita protectores contra sobretensiones?
Para la mayoría de los proyectos fotovoltaicos, se recomienda instalar dispositivos de descarga de propósito especial, especialmente en sistemas al aire libre y áreas con alta actividad de rayos.
¿Cuántos SPD requiere un sistema fotovoltaico?
Por lo general, es necesario instalar protectores contra sobretensiones tanto en el lado de CC como en el de CA para formar un sistema de protección completo.
¿Pueden los protectores contra sobretensiones evitar la caída directa de rayos?
Los SPD (detectores de voltaje sostenido) se utilizan principalmente para limitar las sobretensiones causadas por la caída de rayos. La protección directa contra rayos también requiere el uso de pararrayos y sistemas de puesta a tierra.
¿Por qué los inversores fotovoltaicos son susceptibles a las grandes olas?
Los inversores contienen numerosos componentes electrónicos que son muy sensibles a las sobretensiones transitorias y, por tanto, requieren una protección centralizada.
¿Puede el SPD seguir protegiendo el equipo después de una falla?
No. El sistema debe reemplazarse inmediatamente después de su vencimiento o mal funcionamiento. De lo contrario, el sistema perderá su capacidad efectiva de protección contra sobretensiones.