Por qué su sistema fotovoltaico necesita un dispositivo de protección contra sobretensiones SPD de CC

¿Por qué los sistemas FV necesitan protección CC dedicada contra sobretensiones?

Los campos fotovoltaicos se instalan en exteriores, en tejados o en campo abierto, lo que los expone a la actividad de los rayos y a los transitorios de conmutación de la red. El lado de CC de un sistema solar funciona a tensiones elevadas —500 V, 1000 V o 1500 V— y cualquier sobretensión transitoria puede someter a tensión el aislamiento, dañar los semiconductores y acortar la vida útil de los inversores y otros equipos electrónicos. A diferencia de los sistemas de CA, los arcos de CC son más difíciles de extinguir, por lo que una sobretensión que atraviese la entrada del inversor puede provocar una falla catastrófica.

Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) de CC dedicado es la primera línea de defensa. El SGS5-40P DC SPD de SINGI está diseñado para detectar picos de sobretensión y derivarlos a tierra, limitando la tensión que llega a los equipos situados aguas abajo. Sin esa protección, los costes de reparación y el tiempo de inactividad pueden superar la inversión inicial. La norma internacional IEC 61643-11:2011 define los requisitos de rendimiento y ensayo de los SPD de baja tensión, y proporciona una referencia para una protección de CC fiable en los sistemas fotovoltaicos.

¿Qué causa los niveles de sobretensión transitoria en los arrays fotovoltaicos?

Los niveles de sobretensión transitoria en los arrays FV provienen de varias fuentes:

• Impactos directos de rayo: Un impacto en la zona del conjunto puede inyectar corrientes elevadas en el cableado, creando grandes diferencias de potencial entre los equipos.
• Rayo indirecto: Los impactos cercanos inducen tensiones en los largos tendidos de cable de CC mediante acoplamiento electromagnético.
• Operaciones de conmutación: La conmutación del inversor, las maniobras de los interruptores de red o el funcionamiento de los fusibles pueden generar transitorios de frente rápido.
• Elevación del potencial de tierra: Cuando el rayo se disipa a través de la tierra, puede aparecer un aumento temporal del potencial de tierra en los conductores negativos de CC o de puesta a tierra.

Cada uno de estos eventos puede crear picos de tensión que superan la capacidad de aguante de los módulos fotovoltaicos, las cajas de combinación y las etapas de entrada de los inversores. El SGS5-40P aborda estos riesgos limitando la tensión de sobretensión a un nivel seguro y disipando la energía sin interrumpir el funcionamiento normal.

¿Cómo resuelve el SGS5-40P las brechas de protección habituales?

El Dispositivo de protección contra sobretensiones SPD CC SGS5-40P es un SPD de tipo 2 diseñado para aplicaciones fotovoltaicas. Se instala en el lado de CC, entre el generador fotovoltaico y el inversor. El dispositivo monitoriza continuamente la tensión en sus terminales. Cuando un transitorio supera el umbral del varistor, este se convierte en una trayectoria de baja impedancia y conduce la corriente de sobretensión a tierra. Una vez que el transitorio desaparece, vuelve automáticamente a su estado de alta impedancia, listo para el siguiente evento.

Características de diseño clave del SGS5-40P incluyen una corriente de descarga nominal de 40 kA (In), un nivel de protección de tensión bajo (Up) y un desconectador térmico que aísla el varistor en caso de sobrecarga prolongada o de fin de vida útil. El dispositivo también incluye un indicador de estado visual, que permite a los equipos de mantenimiento verificar el funcionamiento de un vistazo. Al cumplir tanto la IEC 61643-11 como la UL 1449, el SGS5-40P cumple los requisitos de los principales mercados fotovoltaicos de Europa, Norteamérica y Asia.

La siguiente tabla compara los tres tipos de SPD habituales en los sistemas fotovoltaicos, lo que ayuda a los compradores a entender por qué un dispositivo de Tipo 2 como el SGS5-40P se adapta a la mayoría de los proyectos de generación distribuida.

La mayoría de las cadenas fotovoltaicas sufren más sobretensiones de conmutación e inducidas que penetraciones directas de rayo, por lo que un SPD de Tipo 2 con 40 kA de corriente de descarga nominal ofrece un buen equilibrio entre costo y protección. El SGS5-40P está dimensionado para este servicio.

¿Qué parámetros del SPD importan más en aplicaciones CC?

Al especificar un SPD de CC para un sistema fotovoltaico, los ingenieros deben evaluar varios parámetros para garantizar una adecuada correspondencia con la configuración del conjunto:

• Nivel de tensión de operación continua máxima (Ucpv): Debe ser superior a la tensión máxima en circuito abierto de la cadena fotovoltaica a la temperatura mínima prevista.
• Amperaje de descarga nominal (In): Representa la corriente de sobretensión que el SPD puede soportar varias veces. El SGS5-40P proporciona 40 kA por polo, adecuado para la mayoría de los sistemas fotovoltaicos distribuidos.
• Amperaje máximo de descarga (Imax): Un valor nominal de corriente de pico por evento único; el SGS5-40P entrega hasta 120 kA en las implementaciones estándar (verifique según la variante del modelo).
• Nivel de protección de tensión (Up): La tensión residual que aparece entre los terminales del SPD durante una sobretensión. Debe estar por debajo de la tensión de aguante a los impulsos del equipo protegido.
• Desconexión térmica: Protege al varistor de la fuga térmica si se degrada. El SGS5-40P lo incluye como parte de su diseño de seguridad.

En los sistemas fotovoltaicos, tanto los conductores positivos como los negativos están expuestos, por lo que el SGS5-40P se configura como un dispositivo de 2 o 4 polos según el esquema de puesta a tierra del conjunto. El SINGI equipo técnico puede recomendar la configuración de polaridad correcta y la opción de señalización remota para cada proyecto.

¿Cómo debe instalarse y mantenerse el SGS5-40P?

La instalación correcta es tan importante como el propio dispositivo. El SGS5-40P DC SPD debe colocarse lo más cerca posible del inversor o de la caja combinadora, con la menor longitud de conductor posible hasta la barra de tierra. Utilice cables con clasificación para la corriente de sobretensión prevista y mantenga separados los conductores de entrada y salida para evitar acoplamientos. El SPD debe protegerse en el lado de CC mediante fusibles o interruptores automáticos adecuados, conforme a la IEC 62548:2016, que exige protección contra sobretensiones cuando el campo fotovoltaico está expuesto a los rayos.

La inspección periódica debe incluir la comprobación del indicador de estado: verde significa que el varistor está en buen estado; rojo o amarillo indica fin de vida útil. La función de desconexión térmica separará físicamente el varistor del circuito, dejando el sistema eléctricamente seguro pero sin protección. Sustituya el SPD inmediatamente cuando cambie el indicador. Una estrategia de sustitución proactiva cada 5‑8 años, según la frecuencia de sobretensiones, mantiene la resiliencia del sistema fotovoltaico.

Referencias

[1] IEC 61643-11:2011. Dispositivos de protección contra sobretensiones de baja tensión — Parte 11: SPD conectados a sistemas de alimentación de baja tensión — Requisitos y métodos de ensayo. [S].

[2] UL 1449. Norma para dispositivos de protección contra sobretensiones. [S]. 2021.

[3] IEC 62548:2016. Sistemas fotovoltaicos (FV): requisitos de diseño. [S].