O papel crítico dos dispositivos de proteção de surtos (SPDs) em caixas de combinadores fotovoltaicos: guia de seleção e práticas recomendadas

Introdução: O núcleo vulnerável das matrizes fotovoltaicas

As caixas de combinador fotovoltaicas servem como sistema nervoso de usinas solares, coletando várias saídas de sequência CC antes de alimentá -las em inversores. Esses nós críticos são constantemente expostos a ameaças de raios e picos elétricos que podem prejudicar os sistemas fotovoltaicos inteiros. Os dispositivos de proteção de alta qualidade (SPDs) atuam como a primeira linha de defesa, salvaguarda de equipamentos no valor de centenas de milhares de dólares.

Capítulo 1: Por que os SPDs são essenciais para os sistemas fotovoltaicos

1.1 Vulnerabilidades únicas de matrizes fotovoltaicas

Exposição constante: os sistemas na cobertura e no solo são naturalmente expostos a descargas atmosféricas.

Riscos do circuito de CC: Ao contrário dos sistemas CA, os arcos CC não possuem pontos naturais de cruzamento zero, tornando os eventos de surto mais perigosos.

Eletrônica sensível: os componentes nos inversores modernos podem ser danificados por tensões apenas 20% acima do valor nominal.

1.2 Consequências de proteção inadequada

Danos imediatos: 72% das falhas do inversor podem ser rastreadas até os surtos de tensão (relatório solaredge 2023).

Degradação oculta: Pensões menores repetidas podem reduzir a vida útil do módulo em até 30%.

Riscos de incêndio: as falhas de arco de CC representam 43% dos incêndios relacionados à energia solar (dados NFPA 2022).

Capítulo 2: Considerações -chave para seleção de SPD em aplicativos fotovoltaicos

2.1 Parâmetros críticos de desempenho

Tensão nominal: ≥1,2 vezes a tensão máxima do sistema (por IEC 61643-31).

Corrente de descarga nominal (IN): ≥20ka para SPDs tipo 1 (por UL 1449, 4ª edição).

Corrente de descarga máxima (IMAX): ≥40ka (por IEC 61643-11).

Tempo de resposta: <25 nanossegundos (por EN 50539-11).

Temperatura de operação: -40 ° C a +85 ° C (por UL 96a).

2.2 Tipos de SPD para diferentes aplicações

Tipo 1 (Classe I): Para locais com riscos de ataques de raios diretos (por exemplo, sistemas na cobertura).

Tipo 2 (classe II): Para proteção secundária (por exemplo, sistemas comerciais montados no solo).

Tipo 1+2 combinado: ideal para grandes plantas em escala de utilidade.

Modelos específicos de DC: projetados para aplicações fotovoltaicas com marcas de polaridade.

Capítulo 3: Melhores práticas para instalação

3.1 posicionamento estratégico

Pontos de instalação obrigatórios:

Terminais de entrada da caixa de combinadores (por string).

A montante de desconexão de CC.

Terminais de entrada CC do inversor.

Pontos de proteção adicionais recomendados:

Combinadores de Sub-Array.

Ao longo de corridas longas (> 30 metros).

3.2 Padrões de fiação

Tamanho do condutor: mínimo de 6 mm² de cobre (para 20ka SPDS).

Comprimento do caminho: mantenha as conexões SPD <0,5 metros.

Requisitos de aterramento: Use condutores de aterramento dedicados (≥10 mm²).

Topologia de conexão: configuração de estrelas para evitar loops de terra.

Capítulo 4: Critérios de manutenção e substituição

4.1 Manutenção preventiva

Cheques trimestrais:

Inspecione as janelas do indicador de status (verde/vermelho).

Execute a termografia infravermelha (aumento da temperatura <15k).

Record Lightning Strike Counters (se equipado).

Testes anuais:

Teste de resistência ao isolamento (> 1 MΩ).

Medição da resistência ao solo (<10 Ω).

Teste de tensão residual por profissionais.

4.2 Diretrizes de substituição

Gatilhos de substituição imediata:

Danos físicos visíveis (rachaduras, marcas de queimadura).

O indicador de status fica vermelho.

A contagem de relâmpagos excede o valor nominal.

Testes de desempenho com falha.

Intervalos de reposição recomendados:

Áreas costeiras: 5 anos.

Zonas de alta luz: 7 anos.

Regiões padrão: 10 anos.

Capítulo 5: conceitos errôneos comuns e recomendações de especialistas

5.1 Mal -entendidos típicos

Mito: "Os raios dos raios eliminam a necessidade de SPDs".

Fato: As hastes de raios protegem apenas contra ataques diretos, não induzidos.

Tramp de custo: usando SPDs CA não específicos para PV.

Conseqüência: a incapacidade de interromper a DC segue as correntes.

5.2 Conselhos de especialistas

Adote uma arquitetura de proteção de três camadas: SPDS na matriz, caixa de combinadores e níveis de inversor.

Escolha modelos com contatos de sinalização remota para integração com sistemas de monitoramento.

Para sistemas 1500V, verifique a capacidade de quebra de DC do SPD.

Reavaliar a capacidade existente do SPD durante as expansões do sistema.

À medida que as tensões do sistema fotovoltaico aumentam para 1500V, a tecnologia SPD da próxima geração está evoluindo com três tendências principais: maior absorção de energia (até 100ka), recursos de aviso mais inteligentes (monitoramento habilitado para IoT) e projetos modulares mais compactos. A seleção de produtos certificados pela TUV Rheinland para aplicações fotovoltaicas e seguintes os padrões da IEC 62305 para proteção no nível do sistema garante que as plantas fotovoltaicas possam suportar os aumentos de raios ao longo de sua vida útil de 25 anos. Lembre-se: na segurança fotovoltaica, a proteção de alta qualidade não é uma despesa-é o investimento de mitigação de risco mais econômico.