Fonte: iaeimagazine.org
A tempestade perfeita do Lightning para destruição está no campo solar. Os painéis solares 'grandes - e frequentemente expostos e isolados - localização tornam a proteção de surto crítica para durar sua vida útil.
O raio é uma descarga elétrica na atmosfera. Quando os raios atingem, os incêndios tendem a acontecer devido à liberação de energia. As nuvens de Nimbus (nuvens de chuva) têm uma concentração de carga elétrica, e seu acúmulo cria uma ionização do ar. A ionização do ar que fica entre o solo e as nuvens de Nimbus cria uma descarga das nuvens para o chão. As nuvens de Nimbus causam os maiores surtos, porque são o que geram raios.
Greves indiretos são destrutivos. Observações anedóticas sobre a atividade de raios geralmente são um indicador ruim do nível de relâmpago - sobretensões induzidas em matrizes PV1. Gols de raios indiretos podem danificar facilmente os componentes sensíveis dentro do equipamento fotovoltaico, que geralmente têm um alto custo para reparar ou substituir os componentes danificados e afeta a confiabilidade do sistema fotovoltaico1. A sobretensão depende das condições de configuração de cada sistema fotovoltaico e do WIRINGS.
Os sistemas fotovoltaicos são expostos em grandes espaços abertos, geralmente em campos ou no topo dos edifícios. As nuvens de chuva carregadas que se acumulam sobre esses campos abertos têm a propensão a liberar a carga na forma de raios. Quando isso acontece, é provável que ocorra um aumento de tensão. Quanto mais expansivo o campo é, mais provável a destruição ocorre.
O equipamento eletrônico pode ser facilmente danificado ao ponto de falha catastrófica por surtos. Se ocorrer uma onda quando qualquer pessoal estiver presente, também prejudicará sua segurança. Greves de raios indiretos podem ser fatais se a pessoa estiver a 60 metros do ponto do raio [2]. Quando um sistema fotovoltaico está localizado em um local industrial, as operações e equipamentos comerciais também estão em risco. Os inversores são caros, mas para aplicações industriais, um fracasso ainda mais caro é o custo do tempo de inatividade.
Quando os raios atingem um sistema fotovoltaico solar, ele causa uma corrente transitória induzida e tensão dentro dos loops de fio solar fotográfico fotovoltaicos. Essas correntes e tensões transitórias aparecerão nos terminais do equipamento e provavelmente causarão falhas de isolamento e dielétrico dentro dos componentes elétricos e eletrônicos solares, como os painéis fotovoltaicos, os equipamentos de inversor, controle e comunicação2, bem como dispositivos na instalação do edifício3. A caixa de matriz, o inversor e o dispositivo MPPT (máximo rastreador de ponto de alimentação) têm os pontos mais altos de falha.
Para impedir que a alta energia passasse por eletrônicos e causando danos de alta tensão ao sistema fotovoltaico, os surtos de tensão devem ter um caminho para o solo. Para fazer isso, todas as superfícies condutoras devem ser diretamente aterradas e toda a fiação que entra e sai do sistema (como cabos Ethernet e rede elétrica) será acoplada ao aterramento por meio de um dispositivo de proteção contra surto (SPD).
É necessário um SPD para cada grupo das cordas dentro da caixa de matriz, a caixa de recombiner, bem como a desconexão da DC.
Classificações de dispositivos de proteção de sobretensão
Os SPDs fornecem proteção contra os riscos causados por surtos.
Ul 1449 [4] define o tipo 1, tipo 2 e tipo 3 SPDS:
Tipo 1:Uma porta, SPDs permanentemente conectada, exceto os gabinetes de soquete de Watt -} hours, destinados à instalação entre o secundário do transformador de serviço e o lado da linha do dispositivo de sobrecorrente de equipamento de serviço, bem como o lado da carga, incluindo o lado do soquete de uma hora, incluindo o lado do metrô de uma hora. O SPDS tipo 1 para uso em sistemas fotovoltaicos pode ser conectado entre a matriz PV e a desconexão do serviço principal.
Tipo 2:SPDs permanentemente conectados destinados à instalação no lado da carga do dispositivo de sobrecorrente de equipamento de serviço; incluindo SPDs localizados no painel da filial e SPDs de caixa moldada. O valor IMAX é a corrente máxima de descarga única representada por uma forma de onda de 8/20 µs que o SPD pode suportar.
Tipo 3:Ponto de utilização SPDS, instalado com um comprimento mínimo do condutor de 10 metros do painel de serviço elétrico até o ponto de utilização, por exemplo, conectado pelo cabo conectado, plugue direto - in, tipo de receptáculo e SPDs instalados no equipamento de utilização que está sendo protegido. A distância (10 metros) é exclusiva dos condutores que são fornecidos ou usados para anexar SPDs.
O SPDS tipo 1 protege contra ataques diretos e é caracterizado por onda de corrente de 10/350 µs. O SPDS tipo 1 é usado em inversores centrais.
O SPDS tipo 2 protege contra ataques indiretos, caracterizados por formas de onda de 8/20 µs. Uma forma de onda de 8/20 µs significa que a greve tem um tempo de aumento de 8 µs e uma duração para um - meio pico de 20 µs. O SPDS tipo 2 impede a propagação de sobretensão em instalações e equipamentos elétricos. Eles também protegem contra o efeito eletromagnético do Lightning que propaga um aumento dentro do fio.
Um SPD tipo 2 deve ser usado em cada MPPT e dentro de inversores de cordas e caixas de matriz.
As caixas onde ocorrem surtos geralmente são danificadas de greves indiretas. Não é apenas o tipo de material e altura, mas também a forma que afeta a capacidade de um objeto de atrair ataques de raios. Se a forma da caixa ou do material tiver uma propensão a atrair greves de raios, um SPD tipo 1 ou uma haste de raios deve ser usada.
Altura, formas pontiagudas e isolamento são as características dominantes que determinam onde os raios atingem. É um mito que o metal atrai um raio. No entanto, é importante observar que, independentemente de onde a fazenda fotovoltaica está localizada, ou a forma de objetos próximos, o SPDS é essencial para cada sistema fotovoltaico devido à sua suscetibilidade inerente a ataques diretos e indiretos.
Seleção e instalação de dispositivos de proteção de surto para sistemas fotovoltaicos
Os sistemas fotovoltaicos têm características exclusivas, que, portanto, exigem o uso de SPDs projetados especificamente para sistemas fotovoltaicos.
Os sistemas fotovoltaicos têm tensões altas do sistema CC de até 1500 volts. Seu ponto de energia máxima opera em apenas alguns percentis abaixo da corrente de curto -circuito do sistema.
Para determinar o módulo SPD adequado para o sistema fotovoltaico e sua instalação, você deve saber:
a densidade do flash redondo relâmpago;
a temperatura operacional do sistema;
a tensão do sistema;
a classificação de corrente de curto -circuito do sistema;
o nível de forma de onda que deve ser protegido contra (raios indiretos ou diretos); e
a corrente de descarga nominal.
Os requisitos do SPD para uma instalação protegida por um sistema de proteção contra raios externos (LPS) depende da classe selecionada do LPS e se a distância de separação entre o LPS e a instalação PV é isolada ou não -} isolada [4]. A IEC 62305-3 detalha os requisitos de distância de separação para um LPS externo.
Para ter um efeito protetor, o nível de proteção de tensão de um SPD (UP) deve ser 20 % menor que a força dielétrica do equipamento terminal do sistema.
É importante usar um SPD com uma corrente de resistência ao curto -circuito maior que a corrente de curto -circuito da sequência de matriz solar à qual o SPD está conectado. O SPD fornecido na saída CC deve ter um MCOV DC igual ou maior que a tensão máxima do sistema fotovoltaico do painel.
Quando os raios atingem o ponto A (veja a Figura 1), é provável que o painel fotovoltaico solar e o inversor sejam danificados. Somente o inversor será danificado se os raios atingirem o ponto B. No entanto, o inversor for tipicamente o componente mais caro dentro de um sistema fotovoltaico, e é por isso que é essencial selecionar e instalar corretamente o SPD correto nas linhas CA e CC. Quanto mais perto a greve estiver do inversor, mais danificado será o inversor.
Figura 1.Localização da greve de raios.
SPDS para o lado DC dos sistemas fotovoltaicos
As fontes PV têm características de corrente e tensão muito diferentes que as fontes DC tradicionais: elas têm uma característica linear não - e causam longa persistência do termo - de arcos inflamados. Portanto, as fontes de corrente PV não apenas requerem comutadores fotovoltaicos maiores e fusíveis fotovoltaicos, mas também um desconexão para o dispositivo de proteção de surto que é adaptado a essa natureza única e capaz de lidar com as correntes PV.
O SPDS instalado no lado CC deve sempre ser projetado especificamente para aplicativos CC. O uso de um SPD no lado CA ou CC incorreto é perigoso sob condições de falha.
Quando o SPDS é usado no lado CC, eles também devem ser usados no lado CA devido às possíveis diferenças.
SPDS para o lado CA
A proteção de surto é tão importante para o lado CA quanto para o lado CC. Verifique se o SPD foi projetado especificamente para o lado CA.
Para proteção ideal, o SPD deve ser dimensionado especificamente para o sistema. A seleção adequada garantirá a melhor proteção com a vida útil mais longa.
No lado CA, vários inversores podem ser conectados ao mesmo SPD se compartilharem a mesma conexão da grade.
Instalação
O SPDS deve sempre ser instalado a montante dos dispositivos que eles vão proteger. O NFPA 780 12.4.2.1 diz que a proteção de surto deve ser fornecida na saída CC do painel solar de positivo para o solo e negativo para o solo, na caixa de combinadores e recombiner para vários painéis solares e na saída CA do inversor.
A instalação adequada de um SPD depende de três valores, que são:
Tensão de operação contínua máxima: a tensão que o SPD ativará.
Nível de proteção de tensão: a categoria de sobretensão do equipamento deve ser maior que o nível de proteção de tensão do SPD.
Corrente de descarga nominal: o valor de pico da forma de onda (8/20 µs para SPDs tipo 2) que o SPD é capaz de suportar após surtos repetitivos.
Cabos
Os cabos nos sistemas fotovoltaicos são frequentemente estendidos por longas distâncias para que possam atingir o ponto de conexão da grade. No entanto, os comprimentos longos dos cabos nunca são recomendados e os sistemas fotovoltaicos estão longe de ser uma exceção.
Isso ocorre porque o efeito do campo - baseado e conduziu a interferência elétrica causada pelo aumento de descargas de raios em relação ao aumento dos comprimentos dos cabos e dos loops do condutor. Quando ocorre uma sobretensão transitória, qualquer queda de tensão indutiva nos cabos de conexão pode enfraquecer o efeito protetor do SPD. É menos provável que isso aconteça se os cabos forem roteados para for o mais curto possível.
A tensão de surto é um contribuinte significativo para a falha do cabo, e cada impulso em um cabo contribuirá para a deterioração da força de isolamento do cabo.
Se um surto for injetado em um suporte - sozinho (um sistema que está longe da rede elétrica), quaisquer operações de equipamento que são alimentadas por eletricidade solar, como equipamento médico ou abastecimento de água, poderão ser interrompidas.
A localização e a quantidade de SPDs para instalar no lado CC dependem do comprimento do cabo entre os painéis solares e o inversor (consulte a Tabela 1). Se o comprimento for inferior a 10 metros, apenas um SPD será necessário e o SPD deve ser instalado na mesma vizinhança que o inversor. Se o comprimento do cabo for superior a 10 metros, instale um SPD nas proximidades do inversor, bem como um segundo SPD na caixa que fica próximo ao painel solar.
Rota os cabos de forma a evitar grandes loops de condutores. As linhas de CA e CC e as linhas de dados devem ser roteadas juntamente com os condutores de ligação equipotencial ao longo de toda a rota para garantir que os loops do condutor não sejam formados por serem roteados em várias cordas ou ao conectar o inversor à conexão da grade.
Tabela 1.Seleção SPD.
Como combinar SPDs com inversores
As fazendas fotovoltaicas são compostas por equipamentos muito sensíveis que precisam de proteção expansiva. Como as fazendas fotovoltaicas criam potência de corrente direta (DC), os inversores (necessários para converter essa potência de CC para AC) são um componente essencial para sua produção elétrica. Infelizmente, os inversores não são apenas altamente suscetíveis a ataques de raios, mas são incrivelmente caros.
NFPA 780,Padrão para a instalação de sistemas de proteção contra raios, em 12.4.2.3 requer SPDs adicionais na entrada CC do inversor se o inversor do sistema estiver a mais de 30 metros da caixa de combinador ou recombineiro mais próxima.
Instale o SPD entre os fusíveis e o inversor se houver protetores de cordas (como fusíveis, disjuntores DC ou diodos de cordas) [veja a Figura 2].
Figura 2.SPD corretamente e incorretamente conectado ao inversor com protetores de string.
Para conectar um SPD quando houver um inversor com uma caixa de fusível integrada, verifique se os fusíveis internos são ignorados e se os fusíveis de string externos estão conectados (veja a Figura 3). Os SPDs devem ser montados fora do inversor e em um tipo NEMA - 3 r gabinete ou superior se for um aplicativo externo.
Os inversores de string devem ser instalados o mais próximo possível das cordas. Os cabos SPD que se conectam à rede L+/L - e entre o bloco de terminal do SPD e o barramento de terra devem ter menos de 2,5 metros. Quanto mais curto os cabos de conexão, mais eficiente e custam - efetivo a proteção será.
Para inversores com apenas um rastreador MPP, misture a corda antes do inversor e conecte -os ao SPD no ponto de interconexão.
As combinações SPD devem ser planejadas para cada entrada quando o inversor possui vários rastreadores MPP. Um SPD deve ser usado para cada entrada que é fundida com um diodo de string.
Figura 3.SPD conectado ao inversor com caixa de fusível integrada
Conclusão
Operar equipamentos fotovoltaicos sem proteção adequada para surtos é mais do que negócios arriscados - é imprudente.
Para que os sistemas solares sejam o futuro de um mundo mais verde, eles devem ser protegidos. A ocorrência de raios é imparável e, portanto, a proteção é essencial.
A vulnerabilidade dos sistemas fotovoltaicos a greves de raios - tanto direto quanto indiretamente - significa que eles devem ser construídos com proteção de surto confiável e adequadamente instalada.
