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Choose a DC SPD for solar from the PV array and installation—not from nominal voltage or the largest kA number. First calculate the maximum cold-weather open-circuit voltage of one string. Then shortlist a photovoltaic DC SPD with suitable Ucpv and system configuration, choose Type 2 or Type 1+2 from the lightning exposure and lightning-protection design, decide where protection is needed, and verify Up, short-circuit compatibility, backup protection, and the exact manufacturer instructions.
| Verificación de selección | Decisión a registrar |
|---|---|
| Tensión máxima de la cadena | Voc calculada en clima frío para la cadena más larga permitida |
| Idoneidad de tensión del SPD | Ucpv y configuración del sistema fotovoltaico adecuados para esa tensión máxima |
| Tipo de SPD | Tipo 2 o Tipo 1+2 según la exposición, el sistema de protección contra rayos externo, la separación y las normas del proyecto |
| Ubicación | Array/combiner, inverter DC input, or both cable endpoints after design review |
| Rendimiento de la protección | Up, In/Imax o Iimp según corresponda, y coordinación con la resistencia del equipo |
| Seguridad ante corrientes de falla | Dirección de Iscpv/SCCR, dispositivo de respaldo permitido y corriente de falla disponible |
| Evidencia | PV DC datasheet, applicable compliance/test documents, wiring diagram, and installation instructions |
Esta página posee la selección tarea. Para disposiciones a nivel de borne, utilice el guía de cableado de SPD y el diagrama de cableado de la caja combinadora solar. Un diagrama del proyecto y el manual exacto del SPD siguen siendo los documentos que prevalecen.
¿Qué hace un SPD en un sistema solar?
A surge protective device limits a short-duration overvoltage and diverts surge current through its designed protection path. On the PV DC side, it is intended to reduce the transient voltage reaching the inverter, combiner equipment, monitoring hardware, or other connected devices.
An SPD does not replace a DC fuse, breaker, isolator, bonding system, or external lightning-protection system. It also does not regulate a sustained high voltage. These functions must be coordinated as part of the installation.
Los sistemas fotovoltaicos requieren habitualmente revisiones independientes en cuatro interfaces:
- the array or combiner-box DC circuits;
- the inverter DC input;
- the inverter AC output or distribution board; and
- las líneas de datos, sensores o comunicaciones.
Los productos de DC y AC no son intercambiables. La norma IEC 61643-31:2018 se aplica a los SPD dedicados al lado de DC de generadores fotovoltaicos e inversores de hasta 1,500 V DC. La norma IEC 61643-32:2017 aborda la selección y aplicación para instalaciones fotovoltaicas. Los dispositivos del lado de AC siguen el marco de producto e instalación de SPD de AC aplicable.
Paso 1: Calcular el Voc máximo de la cadena en clima frío
PV module open-circuit voltage rises as cell temperature falls. That makes the array’s maximum possible string Voc—not the inverter’s nominal DC voltage—the starting point for Ucpv selection.
Utilice el coeficiente de temperatura-voltaje del fabricante del módulo y la temperatura mínima de diseño requerida por el método del proyecto. Un cálculo simplificado es:
Voc,max = Nseries × Voc,module,STC × [1 + |βVoc| × (25 − Tmin)]Donde:
Nserieses el número de módulos en serie en una cadena;Voc,module,STCes el voltaje de circuito abierto del módulo en condiciones de prueba estándar;βVoces el valor absoluto del coeficiente de temperatura de Voc por grado Celsius, expresado como decimal; yTmines la temperatura de diseño utilizada por el método del proyecto aplicable.
Ejemplo práctico
Suponga 20 módulos en serie, cada uno con un Voc de 45 V en STC. La hoja de datos del módulo indica un coeficiente de temperatura de Voc de −0.30%/°C, y la temperatura mínima de diseño es de −10°C.
Voc de la cadena en STC = 20 × 45 V = 900 V
Diferencia de temperatura = 25 − (−10) = 35°C
Factor de corrección en frío = 1 + 0.003 × 35 = 1.105
Voc,max = 900 V × 1.105 = 994.5 VEl resultado es demasiado cercano como para considerar una etiqueta Ucpv de 1,000 V como una elección automática. El ingeniero debe aplicar el método estándar pertinente, el margen requerido, la tolerancia del módulo, la tensión máxima de entrada del inversor y las instrucciones del fabricante del SPD. Algunas guías de fabricantes orientadas a IEC aplican una relación Ucpv adicional a la tensión máxima del arreglo; utilice el método aprobado para el proyecto en lugar de mezclar reglas de diferentes mercados.
No aumente el Ucpv sin considerar el nivel de protección. Una tensión de funcionamiento continuo más alta también puede estar asociada con un Up más alto. La selección es un problema de coordinación: el SPD debe tolerar la tensión fotovoltaica máxima normal y, aun así, limitar los transitorios por debajo del objetivo de resistencia del equipo protegido, incluyendo los efectos de los conductores de instalación.
Paso 2: Adaptar el SPD al sistema fotovoltaico de DC
La etiqueta “DC SPD” no es suficiente. Confirme que el dispositivo esté destinado para uso en CC fotovoltaica y que coincida con la configuración del circuito.
| Comprobar | Por qué es importante | Evidencia a solicitar |
|---|---|---|
| PV DC application | DC arc and disconnection behavior differ from AC | Datasheet naming PV DC use and applicable product standard |
| Ucpv | Debe seguir siendo adecuado a la tensión fotovoltaica normal máxima | Valor nominal y regla de selección del fabricante |
| Modos de protección y polos | Debe coincidir con la arquitectura fotovoltaica conectada a tierra, puesta a tierra funcionalmente o flotante | Esquema eléctrico del fabricante para el modelo exacto |
| Iscpv o comportamiento ante cortocircuito declarado | El SPD debe ser seguro en las condiciones de corriente de falla fotovoltaica disponibles | Datos de prueba/clasificación y disposición de protección permitida |
| Codificación de cartuchos enchufables | Evita la instalación de un repuesto incompatible | Compatibilidad de números de referencia entre la base y el cartucho |
| Límites ambientales | Las cajas combinadoras pueden verse afectadas por el calor, la humedad, la condensación y la altitud | Límites de temperatura, altitud, envolvente y grado de contaminación |
La norma IEC 61643-31 excluye explícitamente los SPD para sistemas fotovoltaicos con almacenamiento de energía, como baterías. Esto no significa que un proyecto fotovoltaico con almacenamiento no pueda utilizar protección contra sobretensiones; significa que la protección del lado de la batería y del lado del convertidor requiere su propio equipo y justificación. Utilice la guía de protección contra sobretensiones para BESS para esa aplicación específica.
Paso 3: Elegir Tipo 2 o Tipo 1+2 según la exposición
El tipo no es un grado de calidad. Los dispositivos de Tipo 1 y los combinados de Tipo 1+2 se evalúan para el servicio de corriente de rayo; los dispositivos de Tipo 2 abordan el contexto de prueba de corriente de sobretensión utilizado para sobretensiones inducidas y de conmutación. La selección sigue las rutas de corriente de rayo de la instalación, no la suposición de que una etiqueta mayor es siempre mejor.
| Condición de instalación | Punto de partida para la revisión del diseño | Qué debe determinar la elección final |
|---|---|---|
| Instalación fotovoltaica en cubierta sin un sistema de protección contra el rayo (LPS) externo | El Tipo 2 se evalúa comúnmente para sobretensiones inducidas | Normas locales, evaluación de riesgos, instrucciones del inversor, tendido de cables y exposición del emplazamiento |
| Edificio con un sistema de protección contra el rayo (LPS) externo y separación adecuada mantenida | El Tipo 2 puede ser parte del diseño coordinado | Diseño de LPS, cálculo de separación, concepto de equipotencialidad y norma aplicable |
| LPS externo presente y no se puede mantener la separación | El servicio de Tipo 1 o Tipo 1+2 se evalúa comúnmente en los puntos de entrada relevantes | Distribución esperada de la corriente de rayo, clase de LPS, tendido de conductores y especificación del proyecto |
| Sitio fotovoltaico expuesto montado en suelo o de servicio público | La coordinación de Tipo 1/Tipo 1+2 y Tipo 2 específica del proyecto puede estar justificada | Riesgo de rayo, puesta a tierra mallada, múltiples entradas de cables, costo de tiempo de inactividad y estudio de ingeniería |
| Reemplazo en un combinador existente | Coincida con el diseño aprobado; no infiera el tipo a partir de la apariencia | Planos originales, datos exactos de la base/cartucho e historial de cambios en el sitio |
Iimp pertenece al contexto de prueba de corriente de rayo de Tipo 1, típicamente asociado con un impulso de 10/350 μs. In e Imax están asociados con el contexto de onda de corriente de 8/20 μs utilizado para el rendimiento de Tipo 2. Estos valores no son intercambiables, por lo que un número de kA pico más alto bajo una forma de onda no demuestra una capacidad superior bajo otra. El Guía de Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3 explica el límite de clasificación.
Paso 4: Decidir dónde se necesita el SPD de DC solar
La ubicación controla la trayectoria de protección real. El SPD debe evaluarse cerca de la entrada de cable o del equipo que protege, manteniendo las conexiones tan cortas y directas como lo permita el diseño aprobado.
| Ubicación | Propósito | Preguntas de diseño |
|---|---|---|
| Caja de conexiones de arreglos o combinador de strings | Limite las sobretensiones que entran o se inducen en los circuitos de cadena exteriores | ¿Es adecuada la envolvente? ¿Está cerca el punto de conexión equipotencial? ¿Coincide cada arquitectura de entrada con el SPD? |
| Entrada de CC del inversor | Reduzca la tensión transitoria en los bornes del inversor | ¿Está la protección integrada y documentada? ¿Cuál es la distancia desde el SPD del lado del arreglo? |
| Ambos extremos de una ruta de cable DC más larga | Controle la tensión transitoria en ambos puntos finales del cable | ¿La norma IEC 61643-32, el manual del inversor o el diseño del proyecto requieren protección adicional basada en la distancia? |
| Salida AC del inversor o cuadro AC | Aborde las sobretensiones que entran a través de la red AC | Utilice un SPD de AC adecuado para el sistema de alimentación; no reutilice un dispositivo de DC para FV por suposición |
| Interfaz de monitorización y comunicaciones | Proteja las rutas de señal que puedan evitar los SPD de potencia | Haga coincidir la tensión de señal, la interfaz, el ancho de banda y el concepto de puesta a tierra |
Muchas guías citan unos 10 m entre el equipo y un SPD como punto de control para evaluar la protección adicional. Trate esto como un detonante de diseño de aplicación, no como una sentencia de código universal. La edición aplicable, la topología del sistema, el recorrido del cable, el diseño del LPS, la resistencia del equipo y la guía del fabricante determinan la disposición final.
Asimismo, los conductores cortos son importantes porque el cambio rápido de la corriente de sobretensión crea un aumento de tensión inductiva en los conductores de conexión. La tensión de protección instalada no es solo el Up marcado; la longitud y el recorrido del conductor se suman a lo que el equipo puede experimentar. Evite bucles grandes y el montaje remoto, pero tome el tamaño y el recorrido del conductor de las instrucciones de instalación exactas.
Paso 5: Leer las especificaciones como un conjunto
| Marcado o parámetro | Pregunta de selección | Error común |
|---|---|---|
| Ucpv | ¿Es adecuado para la tensión máxima de string en clima frío y la arquitectura FV? | Selección a partir de la tensión nominal del inversor |
| Arriba | ¿El nivel de protección coordina con la resistencia del equipo después de los efectos de la conexión? | Suponiendo que el Up de catálogo más bajo gana en todo sistema |
| En | ¿Es la capacidad de corriente de descarga nominal repetida adecuada para el servicio de Tipo 2? | Definir In como la máxima corriente de rayo posible |
| Imáx. | ¿Qué valor máximo de prueba de corriente de descarga de Tipo 2 se declara? | Comparándolo directamente con Iimp |
| Implícito | ¿Qué capacidad de corriente de rayo de Tipo 1 se declara por polo o modo de protección? | Sumar valores diferentes o ignorar la forma de onda |
| Dirección de Iscpv/SCCR | ¿Puede el SPD y la disposición de protección soportar la condición de cortocircuito disponible? | Elegir un interruptor automático de respaldo por costumbre |
| Límites de Uoc o configuración del sistema | ¿Qué arquitectura fotovoltaica y relaciones de tensión están permitidas? | Asumir que todo producto que parece bipolar encaja en cualquier arreglo flotante |
| Estado y contacto remoto | ¿Cómo se detectará la pérdida de protección? | Tratar un indicador de caja combinadora cerrado como un programa de mantenimiento |
Use la guía de la hoja de datos del SPD al comparar declaraciones. No clasifique los dispositivos solo por Imax; la idoneidad de la tensión, el nivel de protección, el tipo, la seguridad contra cortocircuitos y la geometría de la instalación afectan el resultado.
Paso 6: Verificar el cortocircuito y la protección de respaldo
Un SPD se conecta en paralelo con el circuito que protege. Transporta poca corriente normal en un estado estable saludable, pero un componente de protección fallido o degradado puede crear una condición de falla. Por lo tanto, el fusible o interruptor automático externo, la protección interna y la capacidad nominal de cortocircuito declarada deben coordinarse con la corriente disponible y las instrucciones de instalación.
Antes de la aprobación, registre:
- corriente de cortocircuito disponible en el punto de instalación;
- la declaración de cortocircuito o corriente de falla fotovoltaica aplicable del SPD;
- si se requiere protección de respaldo externa;
- el tipo de dispositivo permitido y las capacidades nominales máximas/mínimas, donde el fabricante las especifique;
- sección transversal del conductor y par de apriete del borne;
- método de aislamiento para un mantenimiento seguro; y
- si la sustitución de un cartucho restaura todos los modos de protección.
Nunca sustituya un fusible o interruptor automático por uno de mayor capacidad porque el dispositivo anterior haya actuado o porque se sospeche de una actuación intempestiva. La guía de conexión del interruptor automático existente explica la evidencia requerida antes de compartir o seleccionar un dispositivo aguas arriba.
Solar DC SPD Selection by Project Type
| Proyecto | Lista de selección práctica | Preguntas adicionales |
|---|---|---|
| Tejado residencial pequeño | SPD tipo 2 para FV cerca del inversor o punto de entrada aprobado del arreglo | ¿Ya hay un SPD integrado? ¿Qué protección existe en el lado de AC? ¿Existe un sistema de protección contra rayos (LPS) externo? |
| Tejado comercial con cajas combinadoras | Tipo 2 en los puntos de entrada de DC documentados; tipo 1+2 donde el LPS o la exposición lo requieran | Distancias de cable, zonas del tejado, indicación remota, temperatura de la envolvente y cartuchos de repuesto |
| Planta montada en suelo | Coordinación de múltiples ubicaciones diseñada | Red de tierra mallada, recorridos largos, múltiples estaciones de inversores, densidad de rayos y monitoreo de mantenimiento |
| Arreglo de servicios públicos de 1,500 V | PV DC SPD specifically documented for the voltage class | Voc máxima de la cadena, reducción de potencia por altitud/temperatura, límites del inversor y evidencia de prueba exacta |
| FV más almacenamiento en baterías | Revisiones separadas de FV, batería, convertidor, AC y señal | El alcance de FV de la norma IEC 61643-31 no cubre automáticamente la aplicación del lado de la batería |
Documentos a solicitar antes de la compra
Una solicitud de cotización (RFQ) útil especifica el sistema antes de solicitar un número de pieza.
| Campo de RFQ | Entrada del proyecto |
|---|---|
| Aplicación | Montaje en techo, montaje en suelo, combinador, entrada DC del inversor o reemplazo |
| Voc máxima de la cadena (string) | Valor corregido y método de cálculo |
| Tensión nominal y máxima del sistema | Incluir los límites del inversor y del arreglo |
| LPS externo | Presente/ausente, clase y estado de separación |
| Tipo de SPD | Tipo 2 o Tipo 1+2 según el diseño |
| Modos de protección requeridos | A partir de la topología fotovoltaica y el diagrama del fabricante |
| Up, In, Imax, Iimp | Valores requeridos en el contexto de prueba correcto |
| Corriente de falla disponible | En el punto de instalación previsto |
| Protección de respaldo | Tipo/clasificación requerida o evidencia de que no se necesita ninguna |
| Medio ambiente | Condiciones de envolvente, temperatura, altitud, humedad, condensación y contaminación |
| Supervisión | Estado visual, contacto remoto y respuesta de mantenimiento |
| Evidencia | Disponibilidad de hoja de datos, declaración/certificado, informe de pruebas, manual de instalación y compatibilidad de reemplazo |
Para la lista de materiales de la caja combinadora y el límite de la función de protección, utilice la guía de diseño de protección de cajas combinadoras solares. Para verificar un SPD de DC entregado antes de la instalación, utilice la guía de inspección y prueba previa a la instalación de SPD de DC.
Errores comunes de selección
- Uso de un SPD de AC en el lado de DC fotovoltaico. Una forma de envolvente similar no establece la idoneidad para DC fotovoltaico.
- Uso de la tensión nominal en lugar de la Voc en clima frío. Esto puede situar el funcionamiento normal demasiado cerca o por encima de Ucpv.
- Elegir solo por kA. La forma de onda, el tipo, el modo de protección y el nivel de tensión son importantes.
- Asumir que el Tipo 1+2 es siempre mejor. Aun así, debe coordinarse con el equipo y la instalación.
- Proteger solo una interfaz. Las rutas de DC, AC y comunicaciones requieren una revisión por separado.
- Copiar un esquema de conexión genérico. La disposición de los polos y los modos de protección son específicos del sistema y del modelo.
- Ignorar la seguridad contra cortocircuitos. La protección de respaldo y la corriente de falla disponible no son campos de documentación opcionales.
- Dejar el estado sin supervisión. Un cartucho defectuoso dentro de una caja cerrada para exteriores puede pasar desapercibido sin inspección o señalización remota.
Preguntas Frecuentes
¿Qué tamaño de SPD necesito para un sistema solar?
No existe un único “tamaño” en kA. Calcule el Voc máximo de la cadena en clima frío, seleccione el Ucpv y la configuración del sistema adecuados, elija el tipo de SPD según la exposición y, a continuación, coordine el Up, los valores nominales de corriente de descarga, la seguridad contra corrientes de falla y la ubicación.
¿Es un SPD de 1,000 V DC adecuado para todos los sistemas solares de 1,000 V?
No. “1,000 V system” is not the calculation result. The longest string’s cold-weather Voc, the SPD’s Ucpv rule, the inverter limit, topology, and project margin all need verification.
¿Necesito un SPD tanto en la caja combinadora como en el inversor?
Posiblemente. Las rutas de cable más largas, las estructuras separadas, la exposición en la entrada de cables, la resistencia del equipo y el diseño vigente pueden justificar la protección en ambos extremos. No convierta una regla general de distancia en una prescripción universal.
¿Puede un solo SPD proteger tanto el lado de DC como el de AC de un inversor solar?
No como una suposición de selección general. Los circuitos de DC fotovoltaicos y los de AC tienen diferentes comportamientos de tensión, requisitos de producto, modos de protección y disposiciones de conexión. Evalúe cada interfaz por separado.
¿Protege un SPD solar contra un impacto directo de rayo?
Un SPD es una parte de un concepto coordinado de protección contra rayos y sobretensiones. La exposición a rayos directos puede requerir un sistema de protección externa contra rayos (LPS), equipotencialidad, separación, SPD de Tipo 1 capaces de soportar corrientes de rayo y un diseño basado en riesgos. Ningún SPD por sí solo garantiza la protección contra todos los impactos o niveles de energía.
Referencias técnicas
- IEC 61643-31:2018 — Requisitos y métodos de ensayo para SPD de DC fotovoltaicos
- IEC 61643-32:2017 — Principios de selección y aplicación para SPD fotovoltaicos
- Catálogo técnico DEHN 2025 — Términos de SPD y guía de Ucpv fotovoltaico
- NEMA Surge Protection Institute — Cómo funcionan los SPD
Una vez documentadas las entradas del proyecto, compare Opciones de dispositivos de protección contra sobretensiones VIOX con la tensión DC fotovoltaica exacta, el tipo, los modos de protección, los requisitos de corriente de falla, el entorno y el paquete de evidencia.
Esta guía sirve de apoyo para la selección y la revisión de adquisiciones; no es una instrucción de cableado de proyecto. El diseño final, la instalación, las pruebas y el mantenimiento deben seguir las normas aplicables, la documentación del inversor, las instrucciones exactas del SPD y la revisión eléctrica cualificada.
