¿Por qué toda instalación solar debería incluir un supresor de sobretensiones solares?

Los sistemas solares fotovoltaicos (PV) están expuestos a sobretensiones eléctricas que pueden causar daños costosos y cortes de suministro eléctrico. Este artículo explica por qué cada instalación solar necesita un supresor de sobretensiones solares, un dispositivo que protege los equipos críticos de sobretensiones transitorias.

1. ¿Qué es unPararrayos solares?

Un descargador de sobretensiones, también conocido como dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), es un componente eléctrico que protege los sistemas contra sobretensiones. Los pararrayos no detienen ni absorben las sobretensiones causadas por rayos. En cambio, evitan o descargan sobretensiones para limitar los daños a los equipos eléctricos dentro de una propiedad. Estos dispositivos evitan el flujo continuo de corrientes de alto voltaje dirigiéndolas a tierra.

Cuando una sobretensión pasa a través de un conductor, el pararrayos interrumpe su aislamiento para que la sobretensión pueda viajar hasta el suelo. Una vez que el nivel de tensión vuelve a la normalidad, se restablece el aislamiento entre el conductor y tierra. Entonces el flujo de corriente hacia el suelo se detiene.

Un pararrayos solar es un SPD diseñado específicamente para instalaciones fotovoltaicas. Protege los sistemas solares contra sobretensiones transitorias y sobretensiones permanentes provocadas por defectos en el conductor o fallos en los transformadores.

Las sobretensiones transitorias son picos temporales de tensión de más del 10 por ciento por encima del valor nominal de la red de distribución durante varios ciclos. En caso de sobretensiones permanentes, el nivel de tensión permanece elevado permanentemente.

Un sistema completo de protección contra rayos incluye terminales aéreos (pararrayos), bajantes, protectores contra sobretensiones, conexión equipotencial y un sistema de puesta a tierra. Esta es la primera línea de defensa contra un rayo directo.

2. ¿Por qué los sistemas solares necesitan un protector contra sobretensiones?

Los sistemas solares son susceptibles a sobretensiones eléctricas, que pueden causar daños costosos a los equipos y provocar cortes temporales del suministro de energía. Las sobretensiones eléctricas pueden deberse a factores externos como rayos, mal funcionamiento interno o fluctuaciones en la red eléctrica.

La exposición física hace que los sistemas solares sean vulnerables

Los paneles solares generalmente se instalan en áreas abiertas, en tejados o en campos grandes donde pueden estar expuestos a condiciones ambientales. Las grandes superficies y las ubicaciones expuestas, como en los tejados o en el suelo en espacios abiertos, hacen que los paneles solares sean propensos a sufrir rayos que pueden acortar su vida útil.

Incluso cuando un rayo no alcanza directamente un panel solar, la actividad de los rayos cercanos puede inducir voltajes peligrosos que pueden dañar componentes críticos. Cuando un rayo cae sobre estructuras cercanas, líneas de servicios públicos o el suelo, los campos electromagnéticos resultantes pueden inducir voltajes transitorios en el cableado del sistema solar. Estas sobretensiones inducidas pueden propagarse por toda la instalación y dañar el equipo lejos del lugar del impacto original.

El cableado extenso crea vías para las sobretensiones

Debido a que los sistemas fotovoltaicos a menudo incluyen cableado de CC extenso y equipos eléctricos interconectados, proporcionan múltiples vías para que se propaguen las sobretensiones. Sus extensas redes de cableado pueden actuar como conductores, introduciendo tensiones transitorias en el sistema.

Tanto el lado de CC como el de CA necesitan protección

Una característica única de los sistemas fotovoltaicos es que funcionan con circuitos eléctricos tanto de CC como de CA. Las sobretensiones pueden ingresar por cualquier lado del sistema. Las estrategias efectivas de protección contra sobretensiones solares abordan circuitos de CC y CA para brindar una cobertura integral.

El lado de CC incluye: módulos solares, cableado de cadena, cajas combinadoras, desconexiones de CC y entradas de inversor. El lado de CA incluye: salidas de inversores, equipos de distribución, transformadores, interconexiones de servicios públicos y sistemas eléctricos de las instalaciones.

Proteger sólo una parte del sistema puede dejar otros equipos críticos vulnerables a daños.

A menudo se pasa por alto la protección contra sobretensiones

Muchos propietarios de sistemas solares se centran en la eficiencia de los paneles, la selección de inversores y las previsiones de producción de energía. La protección eléctrica a menudo se pasa por alto hasta que ocurre una costosa falla. Los eventos de sobretensión pueden ocurrir inesperadamente y causar daños importantes a los equipos solares, lo que genera tiempo de inactividad, costos de reparación y pérdida de producción de energía.

Un aumento repentino puede generar costos de reemplazo de equipos, gastos de mano de obra, tiempo de inactividad del sistema, reducción de la producción de energía, pérdida de oportunidades de ingresos, mayores requisitos de mantenimiento y reclamaciones de seguros.

Algunos desarrolladores pueden optar por no incluir dispositivos de protección contra sobretensiones para mantener bajo el costo inicial de un proyecto. Sin embargo, esto puede resultar en mayores costos de mantenimiento en el futuro si el equipo resulta dañado por una sobretensión y necesita ser reparado o reemplazado.

El argumento financiero para la protección contra sobretensiones

La inversión en protección contra sobretensiones solares suele ser una pequeña fracción del costo total del proyecto. Sin embargo, puede ayudar a prevenir pérdidas que superan con creces el costo de los propios dispositivos de protección. Para instalaciones comerciales y de servicios públicos, el tiempo de inactividad puede traducirse rápidamente en pérdidas sustanciales de ingresos. Incluso una breve interrupción de la operación puede afectar los objetivos de producción y el desempeño financiero.

3. ¿Qué sucede cuando un rayo cae sobre un sistema solar fotovoltaico?

Los rayos plantean riesgos importantes de destrucción total o parcial de los parques solares, ya sea inmediatamente por un impacto directo o por daños degenerativos por un impacto indirecto.

Caídas directas de rayos

Los rayos directos pueden producir enormes cantidades de energía capaces de causar daños catastróficos. Cuando un rayo cae sobre un conjunto de paneles solares, provoca una corriente transitoria inducida dentro de los bucles de cables del sistema. Esto lleva a la falla del aislamiento, paneles, inversor y equipos de comunicación.

Efectos indirectos del rayo

Los efectos indirectos de los rayos suelen ser más comunes y pueden ser igualmente problemáticos. Las sobretensiones pueden afectar la instalación de un sistema de paneles solares de varias maneras:

• Desde impactos directos al sistema de protección contra rayos externo de una estructura, cerca de ella, e incluso a la propia instalación fotovoltaica.

• Por corrientes inducidas por rayos distribuidas en la red eléctrica

• Por sobretensiones transmitidas desde la red eléctrica de origen atmosférico (rayos) o por operaciones

• Por variaciones del campo eléctrico debido a los rayos.

• De la red, si el rayo impacta en conductores de media o baja tensión

• Desde la tierra, si un rayo cae cerca del inversor fotovoltaico

• Desde el lado de CC, si un rayo cae sobre los módulos fotovoltaicos

Daños a componentes clave

Si una planta solar fotovoltaica experimenta una sobretensión y no está protegida con rayos o pararrayos, puede sufrir daños en el equipo, que van desde rayos quemando agujeros en los paneles hasta la degradación de módulos e inversores, o sistemas secundarios como equipos de monitoreo y controles de seguimiento.

Los componentes específicos con mayores posibilidades de falla incluyen la caja combinadora y el MPPT (dispositivo de seguimiento del punto de máxima potencia). Algunos sistemas solares fotovoltaicos pueden soportar daños físicos o de circuito en sus paneles. Sin embargo, sus controles de circuito y dispositivos de almacenamiento de energía quedarán instantáneamente inutilizables después de la caída de un rayo.

Efectos ocultos a largo plazo

Incluso si no hay cortes de energía iniciales, la instalación aún puede sufrir efectos secundarios por daños en el equipo. Estos pueden reducir la cantidad de energía que el sistema puede generar. A veces, estos efectos se atribuyen erróneamente a fallas del equipo o defectos de fabricación si no es inmediatamente evidente que fueron causados ​​por un aumento repentino.

Si un módulo fotovoltaico se daña, se produce una pérdida de potencia de salida de una cadena. Los daños a un inversor pueden cortar o limitar la salida de una gran sección de la instalación.

La importancia de la colocación adecuada del SPD

Se debe instalar una red de protección contra sobretensiones en toda la red de distribución de energía CC y CA de un sistema de energía solar para proteger los circuitos críticos. El número total de SPD necesarios en un sistema solar fotovoltaico varía según la distancia entre los paneles y el inversor.

Las pautas generales de instalación incluyen:

• En las líneas de CA, se debe implementar protección contra sobretensiones en cada conductor de alimentación a tierra.

• Si la longitud del cable entre los paneles solares es inferior a 10 metros, se debe instalar un SPD junto al inversor, las cajas combinadoras o más cerca de los paneles solares.

• En instalaciones con cableado CC de más de 10 metros, se necesitarán más protectores contra sobretensiones tanto en el extremo de los cables del inversor como en el de los módulos solares.

• En un sistema de energía solar residencial con microinversores que tiene cableado de CC corto pero cables de CA más largos, se deben instalar SPD en la caja combinadora para proteger el hogar de sobretensiones transitorias.

Se deben instalar SPD en los inversores para proteger las entradas de CC y las salidas de CA, con conexión a tierra tanto en las líneas de CC positivas como en las negativas. Los circuitos combinadores y de control, así como los sistemas de seguimiento y seguimiento, deben protegerse para evitar interferencias con los flujos de electricidad y la pérdida de datos.

4. Resumen

Cada instalación solar debe incluir un supresor de sobretensiones solares. Los sistemas solares están expuestos a sobretensiones eléctricas provocadas por rayos, fluctuaciones de la red y fallos de funcionamiento internos.

Un evento de sobretensión puede dañar inversores, paneles, cajas combinadoras, equipos de monitoreo y dispositivos de almacenamiento de energía. Los daños pueden generar costos de reemplazo de equipos, tiempo de inactividad del sistema, reducción de la producción de energía y pérdida de ingresos.

Incluso si no se ven daños inmediatos, las sobretensiones pueden causar una degradación oculta que reduce la producción de energía con el tiempo. Estos efectos a menudo se confunden con defectos de fabricación.

La protección contra sobretensiones solares no es una opción, es una necesidad. La instalación de SPD en los lados de CC y CA del sistema, con una conexión a tierra adecuada, ayuda a proteger los equipos críticos y a mantener una producción de energía confiable.

La protección contra sobretensiones es un componente necesario en cualquier instalación eléctrica, pero no reemplaza una solución adecuada de protección contra rayos. Un sistema completo de protección contra rayos que incluya terminales aéreos, bajantes, protectores contra sobretensiones, conexión equipotencial y un sistema de puesta a tierra es la primera línea de defensa contra un impacto directo de un rayo.

YRO se compromete a proporcionar dispositivos fiables de protección contra sobretensiones para instalaciones fotovoltaicas. Para una protección óptima, consulte siempre las normativas locales, consulte las especificaciones del fabricante y trabaje con componentes certificados.

Elegir la protección contra sobretensiones adecuada protege su inversión solar. Previene daños costosos y garantiza una producción de energía fiable y a largo plazo.