La scelta del dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) più adatto è una decisione fondamentale per garantire la longevità e l'affidabilità del vostro impianto fotovoltaico. Questa guida completa vi illustrerà i fattori essenziali da considerare nella scelta degli SPD per il vostro impianto fotovoltaico, aiutandovi a proteggere il vostro prezioso investimento da dannose sovratensioni elettriche.
Perché il vostro sistema solare ha bisogno di una protezione SPD
Gli impianti solari sono particolarmente vulnerabili ai danni da sovratensione per diversi motivi:
- Posizione esposta: Gli impianti solari sono tipicamente installati in posizioni elevate ed esposte.
- Prolungamento dei cavi: I cavi di alimentazione CC possono fungere da antenne per le sovratensioni indotte.
- Elettronica sensibile: Gli inverter, i sistemi di monitoraggio e le apparecchiature di controllo contengono componenti vulnerabili.
- Attrazione dei fulmini: I pannelli solari possono essere un'attrazione per i fulmini.
Senza un'adeguata protezione contro le sovratensioni, un singolo fulmine o un evento di commutazione della rete possono causare danni per migliaia di dollari a inverter, regolatori di carica, pannelli e sistemi di monitoraggio. Anche le sovratensioni più piccole e ripetute possono degradare i componenti del sistema nel tempo, riducendo l'efficienza e la durata operativa.
Fattori chiave per la scelta del giusto SPD solare
1. Conoscere i tipi di SPD e le loro applicazioni
Gli SPD si dividono in tre tipi principali, ognuno dei quali risponde a esigenze di protezione diverse:
DOCUP di tipo 1:
- Utilizzato per la protezione contro i fulmini diretti
- Installato all'ingresso del servizio o agli allacciamenti delle utenze
- Testato con forma d'onda 10/350μs per gestire impulsi ad alta energia
- Richiesto negli edifici con sistemi di protezione dai fulmini esterni
- In genere utilizzano la tecnologia spark gap
DOCUP di tipo 2:
- Fornisce protezione contro le sovratensioni indotte e gli eventi di commutazione.
- Installati su quadri o sottoquadri di distribuzione
- Testato con forma d'onda 8/20μs
- Utilizzare la tecnologia dei varistori all'ossido di metallo (MOV)
- Il tipo più comune utilizzato nelle installazioni solari standard
DOCUP di tipo 3:
- Fornisce una protezione fine per le apparecchiature terminali sensibili
- Installato vicino a specifici dispositivi elettronici
- Hanno una capacità di scarico inferiore a quella dei tipi 1 e 2.
- Spesso utilizzato per sistemi di monitoraggio e interfacce di comunicazione.
Per la maggior parte degli impianti solari residenziali e commerciali, è necessaria una combinazione di tipi di SPD per una protezione completa. Sono disponibili anche SPD combinati di tipo 1+2, che integrano le caratteristiche di protezione di entrambi i tipi in un'unica unità.
2. Valutare i requisiti di tensione del sistema
Uno dei criteri di selezione più critici è la corrispondenza tra la tensione nominale dell'SPD e i requisiti dell'impianto solare:
Tensione massima di funzionamento continuo (MCOV o Uc):
- Gli SPD lato DC devono avere valori di MCOV superiori alla tensione massima a circuito aperto (Voc) del sistema.
- Ricordare che le temperature fredde aumentano la tensione del campo fotovoltaico
- Una buona regola empirica: Selezionare SPD DC con MCOV almeno 10% sopra la massima Voc del sistema.
- Ad esempio, un sistema a 600 V CC richiede SPD con MCOV di almeno 660 V CC.
- Gli SPD lato CA devono superare la tensione nominale di sistema di almeno 25%
L'utilizzo di un SPD con MCOV insufficiente provoca un guasto prematuro e può creare rischi di incendio, poiché il dispositivo considera la tensione normale del sistema come una condizione di sovratensione.
3. Controllare il livello di protezione della tensione (Up)
Il livello di protezione della tensione o tensione di bloccaggio indica la tensione massima che può raggiungere l'apparecchiatura durante una sovracorrente:
- I valori Up più bassi garantiscono una migliore protezione dei componenti sensibili
- L'Up deve essere inferiore al valore di resistenza agli impulsi dell'apparecchiatura.
- Per una protezione ottimale, scegliere un SPD con Up almeno 20% inferiore alla tolleranza dell'apparecchiatura.
- Gli inverter fotovoltaici tipici richiedono valori Up inferiori a 2,5-4kV
Quando si confrontano gli SPD, un livello di protezione di tensione inferiore indica generalmente una protezione superiore, ma deve essere bilanciato con altri parametri.
4. Valutare la capacità di corrente di scarico richiesta
Due importanti classificazioni determinano la capacità di un SPD di gestire le correnti di sovratensione:
Corrente di scarica nominale (In):
- Indica la quantità di corrente di picco che l'SPD è in grado di gestire ripetutamente.
- Valori più alti significano una maggiore durata in caso di sovratensioni frequenti
- Per gli SPD di tipo 2 nelle applicazioni solari, cercare valori nominali In di 10-20kA o superiori.
Corrente di scarica massima (Imax):
- La corrente di sovracorrente singola più elevata che l'SPD può deviare in modo sicuro
- I dispositivi di tipo 2 sono in genere compresi tra 40 e 80 kA.
- Gli impianti nelle regioni ad alta luminosità dovrebbero utilizzare valori nominali più elevati.
- Gli SPD di tipo 1 utilizzano invece il valore nominale della corrente di scarica a impulsi (Iimp).
Bilanciate queste classificazioni in base al rischio di fulmini e all'importanza del sistema. Le aree con frequenti temporali richiedono valutazioni più elevate rispetto a quelle con attività di fulminazione minima.
5. Considerare la corrente nominale di cortocircuito (SCCR).
L'SCCR specifica la massima corrente di cortocircuito potenziale che l'SPD può gestire in sicurezza in caso di guasto:
- L'SCCR dell'SPD deve essere uguale o superiore alla corrente di guasto disponibile nel punto di installazione.
- Si tratta di un requisito di sicurezza obbligatorio in molti codici elettrici.
- Gli SPD DC negli impianti fotovoltaici ad alta tensione devono affrontare sfide significative per la gestione della corrente di guasto.
- Alcuni SPD richiedono dispositivi di protezione da sovracorrenti esterni per raggiungere il loro SCCR contrassegnato.
6. Determinare il posizionamento ottimale dell'SPD
Il posizionamento strategico degli SPD è fondamentale per un'efficace protezione del sistema solare:
Linee guida per il posizionamento del lato CC:
La "regola dei 10 metri" è ampiamente adottata nel settore:
- Se la lunghezza del cavo CC è inferiore a 10 metri: Un singolo set di SPD all'ingresso DC dell'inverter è generalmente sufficiente.
- Se la lunghezza del cavo CC supera i 10 metri: Installare due serie di SPD: una vicino al campo fotovoltaico (in scatole combinatore) e un'altra all'ingresso dell'inverter.
Per i sistemi più grandi, considerare la protezione in questi punti chiave:
- A livello di array: Installare gli SPD sulle scatole combinatore per gli array distribuiti.
- Ingresso CC dell'inverter: Installare gli SPD immediatamente prima degli ingressi CC dell'inverter.
- Livello di stringa: Per i sistemi con più stringhe, prendere in considerazione la protezione a livello di stringa.
Collocazione laterale AC:
- Punto di interconnessione alla rete: Protezione primaria sul pannello di servizio principale
- Uscita CA dell'inverter: Protezione secondaria vicino all'inverter
- Pannelli di distribuzione: Protezione aggiuntiva ai sottopannelli per i sistemi più grandi
Considerate anche la protezione dei sistemi di comunicazione e monitoraggio, spesso molto sensibili alle sovratensioni.
7. Verifica della conformità agli standard pertinenti
Verificare che gli SPD selezionati siano conformi agli standard applicabili:
- IEC 61643-31: Norma specifica per gli SPD nelle applicazioni fotovoltaiche
- IEC 61643-32: Principi di selezione e applicazione degli SPD fotovoltaici
- UL 1449: standard di sicurezza per gli SPD in Nord America
- Serie IEC 62305: Norme per i sistemi di protezione contro i fulmini
- Articolo 690.7(C) del NEC: Requisiti del Codice Elettrico Nazionale
I prodotti conformi alla norma UL 1449 con designazione di Tipo 1 o Tipo 2 sono generalmente accettati per le applicazioni fotovoltaiche in Nord America.
8. Valutare l'influenza della protezione esterna contro i fulmini
Se l'edificio è dotato di un sistema di protezione contro i fulmini (LPS) esterno, è necessario considerare la "distanza di separazione 's'" tra questo e l'impianto fotovoltaico:
- Se la distanza di separazione può essere mantenuta: Gli SPD di tipo 2 possono essere sufficienti
- Se la distanza di separazione non può essere mantenuta: Gli SPD di tipo 1 diventano obbligatori
Si tratta di una considerazione progettuale fondamentale che influisce in modo significativo sulla strategia di selezione degli SPD.
9. Comprendere la configurazione di messa a terra del sistema
Le diverse configurazioni di messa a terra richiedono schemi di collegamento SPD specifici:
Configurazioni lato CC:
- Funzionalmente collegato a terra: Un polo DC collegato a terra
- Messa a terra ad alta resistenza: Polo DC collegato a terra tramite resistenza
- Non rilevato/fluttuante: Nessuno dei due poli è collegato direttamente a terra
Configurazioni lato CA:
- Sistemi TN-C, TN-S, TN-C-S
- Sistemi TT
- Sistemi IT
Ogni configurazione richiede uno specifico schema di connessione degli SPD per garantire una protezione efficace. Ad esempio, gli impianti fotovoltaici non collegati a terra (IT) spesso necessitano di SPD con "configurazioni a Y" per una protezione completa.
Migliori pratiche di installazione per prestazioni ottimali dell'SPD
Ridurre al minimo le lunghezze dei cavi di collegamento
Il cablaggio fisico di un SPD influisce in modo determinante sulle sue prestazioni:
- Mantenere i cavi di collegamento il più corti possibile
- La lunghezza totale ideale dei cavi deve essere inferiore a 0,5 metri.
- Non superare mai 1 metro per la lunghezza totale del collegamento
- Evitare le curve strette dei conduttori perché aumentano l'induttanza.
Durante le correnti di sovratensione in rapida ascesa, anche i cavi di collegamento di breve lunghezza sviluppano una notevole caduta di tensione induttiva. Questo si aggiunge direttamente alla tensione di bloccaggio dell'SPD, compromettendo potenzialmente la protezione.
Assicurare il corretto dimensionamento dei conduttori
- Per gli SPD di tipo 2, utilizzare conduttori in rame di almeno 6 mm² per i collegamenti a terra di protezione.
- Per gli SPD di tipo 1, utilizzare rame da 16 mm² o superiore per i collegamenti a terra di protezione.
- I conduttori sotto tensione devono essere almeno pari al cablaggio del sistema, se non superiori.
- Seguire sempre le raccomandazioni del produttore e gli standard pertinenti
Posizionare i cavi in modo appropriato
- Posare i cavi CA, CC e dati insieme ai relativi conduttori equipotenziali.
- Questo riduce l'area delle spire formate dal cablaggio, minimizzando le sovratensioni indotte.
- Creare percorsi dei cavi designati che riducano al minimo l'esposizione alle interferenze elettromagnetiche.
Requisiti di manutenzione per una protezione a lungo termine
Anche i migliori SPD hanno una durata limitata:
- La maggior parte degli SPD di qualità ha una vita utile prevista di 10-15 anni in condizioni normali.
- Gli indicatori visivi devono essere controllati regolarmente per rilevare eventuali segni di attivazione o guasto dell'SPD.
- Per le installazioni critiche, scegliere SPD con funzionalità di monitoraggio remoto.
- Sostituire gli SPD dopo i grandi eventi di sovratensione, anche se non sono visibili danni esterni.
- Stabilire un programma di ispezioni regolari, in particolare prima della stagione delle tempeste.
Errori comuni nella selezione degli SPD da evitare
Evitate questi errori frequenti quando scegliete una protezione contro le sovratensioni per il vostro impianto solare:
- Protezione sottodimensionata: Selezione di SPD con capacità di gestione dell'energia insufficiente
- Ignorare le prestazioni termiche: Non si tiene conto delle alte temperature negli involucri esterni
- Trascurare il coordinamento: Installazione di SPD non corrispondenti che non coordinano correttamente la dissipazione dell'energia
- Protezione incompleta: Protezione solo del lato CC o CA, che lascia delle vulnerabilità.
- Utilizzo di SPD AC per la protezione DC: Gli SPD in CA e in CC NON sono intercambiabili a causa delle loro diverse capacità di protezione dall'arco elettrico.
- Compromettere la qualità: Scegliere l'opzione più economica piuttosto che dispositivi certificati correttamente
- Messa a terra inadeguata: Installare anche i migliori SPD con sistemi di messa a terra inadeguati
- Indicatori mancanti: Selezione di dispositivi privi di indicatori di stato, che rendono difficile la manutenzione.
Conclusione: Proteggere l'investimento solare
La scelta del giusto SPD per il vostro impianto solare richiede un'attenta considerazione delle caratteristiche del sistema, dei fattori ambientali e dei requisiti di protezione. Valutando correttamente le proprie esigenze e implementando una strategia di protezione coordinata, è possibile ridurre in modo significativo il rischio di danni dovuti alle sovratensioni.
Ricordate questi punti chiave:
- Scegliere SPD specificamente progettati e classificati per applicazioni fotovoltaiche
- Adattamento dei valori di tensione ai requisiti del sistema
- Implementare la protezione su entrambi i lati CC e CA
- Selezionare i livelli di protezione appropriati in base al rischio geografico di fulminazione.
- Assicurare una corretta installazione secondo le linee guida del produttore
- Manutenzione e sostituzione degli SPD secondo le scadenze raccomandate.
Un investimento relativamente contenuto in una protezione contro le sovratensioni di qualità può evitare migliaia di dollari di danni potenziali e di tempi di inattività del sistema. Non scendete a compromessi sulla protezione del vostro impianto solare: è una componente essenziale per garantire che il vostro investimento in energia rinnovabile sia redditizio per decenni.
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