Risposta rapida: come scegliere un SPD CC per il solare?
Scegli un SPD CC per solare confermando innanzitutto cinque elementi: la tensione a circuito aperto massima della stringa FV, se l'installazione richiede una protezione di Tipo 2 o Tipo 1+2, dove verrà installato l'SPD, quanto possono essere corti i cavi di collegamento dell'SPD e quale standard o specifica di progetto si applica.
Per la maggior parte dei sistemi FV su tetto e commerciali, il percorso di selezione è il seguente:
| Decisione | Risposta pratica |
|---|---|
| Quale dispositivo è necessario sul lato FV? | Un SPD con classificazione CC per FV, non un SPD per CA |
| Quale tensione nominale è più importante? | Ucpv, selezionata al di sopra della Voc massima della stringa FV in condizioni di clima freddo |
| Tipo 2 o Tipo 1+2? | Tipo 2 per molte applicazioni con sovratensioni indotte; Tipo 1+2 dove l'esposizione alle correnti di fulmine è maggiore |
| Dove viene installato? | Quadro di parallelo (combiner box), ingresso CC dell'inverter o entrambe le estremità di un lungo percorso di cavi CC |
| Quali standard sono rilevanti? | IEC 61643-31 e IEC 61643-32 per SPD CC lato FV; IEC 61643-11 per SPD lato CA |
| Quale dettaglio di installazione viene spesso trascurato? | Conduttori SPD brevi e diretti per ridurre l'aumento di tensione induttiva durante una sovratensione |
Un SPD CC per solare è un dispositivo di protezione contro le sovratensioni installato sul lato in corrente continua di un impianto fotovoltaico. Il suo compito è limitare le sovratensioni transitorie causate da fulmini, manovre di commutazione o lunghi percorsi di cavi esterni prima che tale tensione raggiunga l'inverter, l'elettronica della string box, le apparecchiature di monitoraggio o altri componenti sul lato DC.
In un impianto solare fotovoltaico, la protezione contro le sovratensioni non è solo un accessorio del quadro di distribuzione AC. Le stringhe fotovoltaiche sono spesso installate su tetti, terreni aperti, strutture sopraelevate o lunghi percorsi di cavi. Tali conduttori DC possono captare energia da sovratensioni indotte durante l'attività dei fulmini nelle vicinanze, anche quando l'impianto non viene colpito direttamente. Ecco perché una progettazione completa della protezione solare considera normalmente Posizionamento dell'SPD DC, Posizionamento dell'SPD AC, instradamento dei cavi, equipotenzialità, messa a terra e livello di tenuta dell'inverter.
Per gli acquirenti VIOX e i costruttori di quadri, la domanda pratica è semplice: quale surge protective device (dispositivo di protezione contro le sovratensioni) deve essere selezionato per il lato DC dell'impianto fotovoltaico e dove deve essere installato?
Cos'è un SPD in un impianto solare?
SPD significa surge protective device (dispositivo di protezione contro le sovratensioni). In un impianto solare, un SPD limita i picchi di tensione di breve durata deviando la corrente di sovratensione verso la messa a terra di protezione o il sistema di collegamento equipotenziale. Non sostituisce fusibili, interruttori automatici, sezionatori o una corretta messa a terra. Funziona in combinazione con essi.
Negli impianti fotovoltaici, gli SPD sono solitamente suddivisi in base alla posizione:
| Posizione dell'SPD | Ruolo tipico | Tipo di dispositivo tipico |
|---|---|---|
| Campo fotovoltaico o quadro di parallelo (string combiner box) | Limita l'energia di sovratensione captata dai cavi di stringa DC esterni | SPD CC, solitamente di Tipo 2 o Tipo 1+2 a seconda dell'esposizione ai fulmini |
| Ingresso CC dell'inverter | Protegge l'inverter dalle sovratensioni lato CC provenienti dall'impianto fotovoltaico | SPD CC |
| Uscita CA dell'inverter o quadro di distribuzione CA | Limita le sovratensioni lato CA provenienti dalla rete o dal cablaggio di distribuzione | SPD CA |
| Linee di monitoraggio e comunicazione | Protegge cavi dati, RS485, Ethernet, sensori o interfacce di monitoraggio | SPD per segnali/dati abbinato al tipo di segnale |
La regola più importante è che l'SPD deve corrispondere al circuito che protegge. Un ingresso fotovoltaico CC necessita di un SPD classificato per CC fotovoltaico. Un quadro di distribuzione CA necessita di un SPD CA.
SPD DC vs SPD AC per impianti solari: qual è la differenza?
Un impianto solare può richiedere una protezione dalle sovratensioni sia in DC che in AC, ma i dispositivi non sono intercambiabili.
| Punto di confronto | SPD DC per fotovoltaico | SPD AC per uscita solare/lato rete |
|---|---|---|
| Installato su | Stringhe PV, quadri di parallelo, ingresso DC dell'inverter | Uscita AC dell'inverter, quadro di distribuzione AC, quadro principale |
| Parametro di tensione principale | Ucpv o tensione massima di funzionamento continuo in CC per impianti fotovoltaici | Uc o MCOV per tensione di sistema in CA |
| Direzione standard tipica | IEC 61643-31 per SPD collegati al lato CC di impianti fotovoltaici; IEC 61643-32 per linee guida su selezione/applicazione | IEC 61643-11 per SPD in bassa tensione in CA |
| Problematica dell'arco e della disconnessione | Il comportamento dell'arco in CC è più critico poiché la corrente continua non presenta passaggi naturali per lo zero | La corrente alternata attraversa lo zero a ogni ciclo, modificando il comportamento di interruzione |
| Errore comune | Utilizzo di un SPD AC sul lato DC dell'impianto fotovoltaico | Presumere che l'SPD sul lato AC protegga da solo l'array fotovoltaico e l'ingresso DC dell'inverter |
Se il sistema dispone di stringhe fotovoltaiche che alimentano un inverter, l'SPD sul lato AC nel quadro di distribuzione non protegge completamente l'inverter dalle sovratensioni che entrano attraverso l'ingresso DC. La protezione sul lato DC deve essere valutata separatamente.
SPD DC Tipo 2 vs Tipo 1+2: quale scegliere?
La maggior parte degli acquirenti di impianti solari chiede innanzitutto se sia necessario un SPD DC di Tipo 2 o di Tipo 1+2. La risposta dipende dall'esposizione ai fulmini, dalla disposizione del sistema, dalla presenza di un sistema di protezione contro i fulmini esterno, dal percorso dei cavi e dai requisiti del progetto.
| Condizione dell'impianto fotovoltaico | Punto di partenza consigliato | Perché è importante |
|---|---|---|
| Impianto fotovoltaico residenziale su tetto senza protezione esterna contro i fulmini ed esposizione moderata | SPD CC di Tipo 2 | Protegge contro sovratensioni indotte e transitori di commutazione |
| Impianto fotovoltaico commerciale su tetto con lunghi percorsi dei cavi in corrente continua | SPD DC di tipo 2 nei punti di ingresso DC principali; considerare posizioni multiple | La lunghezza del cavo aumenta il rischio di sovratensioni indotte e l'area del loop |
| Campo fotovoltaico su montaggio a terra esposto, cima di una collina, campo aperto o area ad alta frequenza di fulmini | Un SPD DC di tipo 1+2 potrebbe essere richiesto dalla valutazione del rischio di progetto | Maggiore probabilità di ingresso di correnti parziali di fulmine nel sistema |
| L'edificio è dotato di un sistema di protezione contro i fulmini esterno e non è possibile mantenere la distanza di separazione | Viene comunemente selezionato un SPD CC di tipo 1+2 | L'impianto fotovoltaico può essere esposto a componenti di corrente di fulmine |
| Impianto su scala industriale o stazione inverter ad alto valore | Strategia di protezione coordinata di tipo 1+2 e di tipo 2 | I tempi di inattività e i costi di sostituzione giustificano una protezione stratificata |
Per una spiegazione più ampia dei ruoli dei dispositivi di tipo 1, tipo 2 e tipo 3, consultare la guida VIOX SPD Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3.
Nota tecnica: il tipo non corrisponde alla tensione nominale
Un SPD CC di Tipo 2 non è automaticamente adatto a ogni impianto fotovoltaico. Richiede comunque la corretta Ucpv, configurazione dei poli, comportamento in cortocircuito e metodo di installazione. Un campo fotovoltaico da 600V, uno da 1000V e uno da 1500V richiedono verifiche di tensione differenti, anche se tutti e tre i progetti utilizzano una protezione di Tipo 2.
Come selezionare la Ucpv per un SPD CC solare
Il parametro di tensione più importante per un SPD CC fotovoltaico è Ucpv, spesso descritto come la massima tensione operativa continua per applicazioni fotovoltaiche in corrente continua. L'SPD deve rimanere stabile durante la massima tensione a circuito aperto normale del campo fotovoltaico, incluso l'aumento di tensione dovuto alle basse temperature.
Non selezionare l'SPD CC basandosi solo sulla tensione nominale CC dell'inverter. Partire dalla tensione massima a circuito aperto della stringa fotovoltaica.
Utilizzare questo concetto:
Voc_max = Nserie x Voc_modulo_STC x [1 + |betaVoc| x (25 - Tmin)]
Dove:
- Nserie = numero di moduli collegati in serie per stringa
- Voc_modulo_STC = tensione a circuito aperto del modulo in condizioni di prova standard
- betaVoc = coefficiente di temperatura della Voc del modulo per grado Celsius, convertito in forma decimale
- Tmin = temperatura minima prevista della cella o ambiente di progetto, a seconda del metodo di calcolo del progetto
Scegliere quindi un SPD CC con una tensione nominale Ucpv superiore alla tensione massima calcolata della stringa FV, seguendo la scheda tecnica dell'SPD e lo standard di progetto.
| Classe del sistema fotovoltaico | Elenco tipico delle tensioni SPD CC | Attenzione nella selezione |
|---|---|---|
| Sistema fotovoltaico da 600V | Classe Ucpv da 600V o superiore idonea | Verificare che la Voc a basse temperature non superi la tensione nominale dell'SPD |
| Sistema fotovoltaico da 1000V | Classe Ucpv da 1000V o superiore idonea | Verificare la lunghezza della stringa e il coefficiente di temperatura del modulo |
| Sistema fotovoltaico a 1500V | Classe SPD CC per sistemi fotovoltaici a 1500V | Verificare che il dispositivo sia specificamente destinato all'impiego in sistemi fotovoltaici CC a 1500V |
La gamma di prodotti SPD di VIOX include famiglie di SPD CC per le comuni classi di tensione fotovoltaica, incluse opzioni da 500V, 600V, 800V, 1000V, 1200V e 1500V su pagina del prodotto SPD VIOX. Il modello finale deve comunque essere abbinato alla tensione effettiva della stringa fotovoltaica, allo standard di progetto e all'ambiente di installazione.
Esempio pratico: Scelta della Ucpv per una stringa fotovoltaica in climi freddi
Si supponga che una stringa fotovoltaica abbia una tensione a circuito aperto totale di 900V in condizioni di prova standard. Il coefficiente di temperatura della Voc del modulo è -0,31% per grado Celsius e la temperatura minima di progetto è -10°C.
La differenza di temperatura rispetto ai 25°C è:
25 - (-10) = 35°C
L'aumento di tensione dovuto al clima freddo è:
900V x 0,003 x 35 = 94,5V
La tensione a circuito aperto massima stimata della stringa è:
900V + 94,5V = 994,5V
In questo caso, un SPD Ucpv da 1000V potrebbe essere troppo vicino al massimo calcolato, a seconda della tolleranza della scheda tecnica, del margine di progetto e delle norme di progettazione locali. Un SPD FV CC da 1200V rappresenterebbe spesso la scelta più pratica, previa revisione delle specifiche dell'inverter e del progetto.
Questo esempio è volutamente semplificato. I progetti reali dovrebbero utilizzare la scheda tecnica del modulo, i limiti dell'inverter, i dati di temperatura locali e lo standard di progettazione applicabile.
Selezione dell'SPD CC solare in base al tipo di sistema
Progetti fotovoltaici differenti non richiedono la stessa configurazione di protezione contro le sovratensioni. Un piccolo impianto residenziale su tetto, un impianto commerciale su tetto con lunghe canaline per cavi in corrente continua e una stazione di conversione su scala industriale presentano livelli di esposizione e aspettative di manutenzione differenti.
| Tipologia di impianto fotovoltaico | Approccio tipico per gli SPD sul lato DC | Cosa verificare |
|---|---|---|
| Impianto fotovoltaico residenziale su tetto | SPD DC di tipo 2 vicino all'ingresso DC dell'inverter o in un piccolo quadro di parallelo nelle vicinanze | Ucpv, manuale dell'inverter, normative locali, requisiti per SPD sul lato AC |
| Impianto fotovoltaico commerciale su tetto | SPD DC di tipo 2 nei quadri di parallelo e/o vicino agli ingressi dell'inverter | Lunghezza del percorso dei cavi, equipotenzialità, esposizione ai fulmini sul tetto, condizioni dell'involucro |
| Impianto fotovoltaico a terra | Tipo 2 o Tipo 1+2 a seconda dell'esposizione e del rischio fulminazione | Distanza dall'inverter, densità di fulminazione del sito, rete di terra, lunghi anelli di cavi esterni |
| Impianto fotovoltaico con sistema di protezione contro i fulmini esterno | L'SPD CC di Tipo 1+2 viene solitamente valutato nei punti di ingresso CC | Distanza di separazione, equipotenzialità, concetto di protezione contro i fulmini IEC 62305, specifica di progetto |
| Stazione inverter su scala industriale | Protezione stratificata su array/combiner, ingresso DC dell'inverter e uscita AC | Coordinamento, monitoraggio, segnalazione remota, cartucce di ricambio, accesso per manutenzione |
| Accumulo di energia fotovoltaico più batteria | La strategia per gli SPD DC deve essere esaminata separatamente per il lato fotovoltaico, il lato batteria e il lato inverter/convertitore | Classe di tensione DC, corrente di guasto, compatibilità dei dispositivi, requisiti del fornitore BESS |
Lo scopo di questa tabella non è sostituire la progettazione tecnica. Aiuta gli acquirenti a porre domande RFQ migliori prima di selezionare un modello specifico di SPD DC.
Schema di collegamento dell'SPD DC per sistemi solari fotovoltaici
Uno schema di collegamento corretto per un SPD solare in corrente continua deve mostrare chiaramente un concetto chiave: l'SPD è collegato in parallelo al circuito fotovoltaico in corrente continua, non in serie al percorso della corrente di carico.
La corrente della stringa fotovoltaica fluisce attraverso il normale circuito in corrente continua verso l'inverter. L'SPD fornisce un percorso di derivazione delle sovratensioni dai conduttori in corrente continua verso la terra di protezione o il sistema di equipotenzialità quando si verifica una sovratensione transitoria.
| Elemento dello schema | Rappresentazione corretta | Errore comune |
|---|---|---|
| Conduttori PV+ e PV- | Proseguono attraverso la protezione e l'isolamento in corrente continua verso l'ingresso dell'inverter | Disegnare l'SPD come se trasportasse la normale corrente di stringa in serie |
| SPD CC | Collegato tra i conduttori FV e il PE/collegamento equipotenziale in base alla configurazione del sistema | Collegamento di un solo polo laddove il sistema richieda una protezione multipolare |
| Messa a terra di protezione o barra di collegamento equipotenziale | Rappresentato come un percorso breve a bassa impedenza vicino all'SPD | Cavo verde/giallo lungo fatto passare attorno all'involucro per ordine |
| Quadro di parallelo o ingresso CC dell'inverter | Rappresentato come il punto di installazione fisico | Posizionamento dell'SPD lontano dall'apparecchiatura protetta |
| SPD CA | Indicato separatamente sull'uscita dell'inverter o sul quadro AC | Ipotizzando che un singolo SPD AC protegga l'intero lato DC dell'impianto fotovoltaico |
Per un tipico impianto fotovoltaico, lo schema dovrebbe normalmente mostrare questi livelli di protezione:
- Le stringhe fotovoltaiche entrano in un scatola combinatrice solare.
- Il quadro di parallelo include fusibili DC o interruttori magnetotermici DC dove richiesto, un sezionatore DC o interruttore di manovra-sezionatore e un SPD DC.
- L'uscita DC combinata corre verso l'ingresso DC dell'inverter.
- Se il percorso DC è lungo, viene installato un ulteriore SPD DC vicino all'ingresso dell'inverter.
- L'uscita AC dell'inverter è protetta separatamente con un SPD AC idoneo presso il quadro di distribuzione AC o il pannello di uscita dell'inverter.
Dove installare un SPD CC in un impianto solare
Il posizionamento dell'SPD è importante quanto la sua selezione. Un SPD correttamente dimensionato ma posizionato in modo errato o con cavi troppo lunghi potrebbe comunque consentire il raggiungimento di un'elevata tensione residua all'inverter.
| Punto di installazione | Quando utilizzarlo | Nota pratica sulla selezione |
|---|---|---|
| All'interno del quadro di parallelo FV | Sistemi a stringhe multiple, punto di giunzione dell'array esterno, lunghe tratte di cavo | Spesso la posizione migliore per la protezione dalle sovratensioni CC lato array |
| Vicino all'ingresso CC dell'inverter | Protezione dell'elettronica dell'inverter dalle sovratensioni CC in ingresso provenienti dall'impianto fotovoltaico | Particolarmente importante quando l'inverter è lontano dal campo fotovoltaico |
| Sia lato campo/combinatore che lato inverter | Lunga distanza dei cavi CC tra il campo fotovoltaico e l'inverter | Aiuta a limitare la tensione di sovratensione su entrambe le estremità del cavo |
| Quadro di distribuzione AC | Protezione contro le sovratensioni lato rete o lato uscita inverter | Richiede un SPD CA, non un SPD CC |
| Armadio di comunicazione o interfaccia di monitoraggio | Linee dati, monitoraggio remoto, RS485, Ethernet, sensori | Richiede un SPD di segnale compatibile con il tipo di linea dati |
La disposizione esistente della protezione FV può includere anche Interruttori magnetotermici DC e un interruttore isolatore CC. Questi dispositivi svolgono funzioni diverse rispetto all'SPD. L'interruttore magnetotermico (MCB) in corrente continua protegge dalle sovracorrenti nel corretto contesto applicativo, il sezionatore fornisce la funzione di commutazione/isolamento e l'SPD limita le sovratensioni transitorie.
La regola dei 10 metri: quando un singolo SPD DC non è sufficiente
In molti progetti fotovoltaici, la distanza tra il campo FV e l'inverter determina se una singola posizione per l'SPD DC sia sufficiente. Una regola progettuale comune è:
- Se la distanza del cavo DC tra il campo e l'inverter è breve, un SPD DC vicino all'ingresso dell'inverter o nel quadro di parallelo adiacente può essere sufficiente, a seconda della configurazione del sistema.
- Se il percorso del cavo in corrente continua (DC) supera i 10 metri circa, è opportuno considerare una protezione su entrambe le estremità: un SPD vicino al campo fotovoltaico o al quadro di parallelo e un altro vicino all'ingresso DC dell'inverter.
Il motivo non è solo la distanza. I cavi lunghi posati all'esterno possono captare sovratensioni indotte e una sovratensione che entra da un'estremità può comunque generare una tensione dannosa all'altra estremità se il punto di protezione è troppo lontano.
Per i lavori di EPC e assemblaggio quadri, considerare la regola dei 10 metri come un punto di controllo progettuale e non come un sostituto degli standard di progetto, della valutazione del rischio fulminazione o dei requisiti del produttore dell'inverter.
Mantenere breve la lunghezza dei cavi dell'SPD DC
Il cablaggio dell'SPD costituisce un percorso per le sovratensioni ad alta frequenza. Durante una sovratensione rapida, ogni centimetro extra di conduttore aggiunge una caduta di tensione induttiva. La fisica di base è:
V = L x di/dt
Dove:
- V è l'aumento di tensione induttiva aggiunto dal cavo
- L è l'induttanza del cablaggio
- di/dt è la velocità di salita della corrente di sovratensione
Ecco perché un cavo SPD posato in modo impeccabile può avere prestazioni scadenti se forma un lungo anello attorno al quadro. Nella pratica di installazione basata sulle norme IEC, la lunghezza totale del collegamento lungo il percorso di protezione dell'SPD viene solitamente mantenuta il più breve possibile, con 0,5 m spesso utilizzati come obiettivo chiave per collegamenti SPD efficaci.
Guida pratica all'installazione:
- Montare l'SPD vicino ai conduttori e alla barra equipotenziale che protegge.
- Evitare lunghi anelli tra l'SPD e il conduttore di protezione (PE) o di equipotenzialità.
- Evitare curve strette ove possibile.
- Mantenere i percorsi positivo, negativo e di equipotenzialità compatti e diretti.
- Utilizzare sezioni dei conduttori e protezioni di riserva come richiesto dal produttore dell'SPD e dalle normative vigenti.
Come scegliere le caratteristiche nominali degli SPD CC per impianti solari
Quando si confrontano le schede tecniche degli SPD in corrente continua, non basarsi su un singolo valore. La selezione deve considerare la tensione, la capacità di corrente di scarica, il livello di protezione, il comportamento in cortocircuito e la visibilità della manutenzione.
| Parametro | Significato | Perché è importante nel fotovoltaico |
|---|---|---|
| Ucpv | Tensione massima di esercizio continuativo per uso in CC fotovoltaico | Deve superare la tensione a circuito aperto massima del fotovoltaico in condizioni di freddo |
| In | Corrente nominale di scarica, solitamente per eventi di sovratensione ripetuti | Indica la durabilità in presenza di sovratensioni indotte ripetute |
| Imax | Corrente massima di scarica nel contesto del test SPD di Tipo 2 | Aiuta a confrontare la gestione dei picchi di sovratensione all'interno della stessa categoria di dispositivo |
| Improvvisazione | Corrente impulsiva per dispositivi di Tipo 1 o Tipo 1+2 | Rilevante laddove possa essere presente una corrente parziale di fulmine |
| Su | Livello di protezione della tensione | Un valore Up inferiore generalmente indica una tensione residua più bassa, ma deve essere valutato in base al coordinamento e alla lunghezza dei cavi di installazione |
| Direzione Iscpv / SCCR | Comportamento in cortocircuito o tenuta alla corrente con protezione di backup richiesta | Critico poiché la corrente di guasto DC fotovoltaica e il comportamento di disconnessione differiscono dai sistemi AC |
| Configurazione dei pali | Configurazione 2P, 3P o PV specifica per l'applicazione | Deve corrispondere al cablaggio DC fotovoltaico con messa a terra, senza messa a terra o specifico del sistema |
| Indicazione di stato | Indicatore visivo e segnalazione remota opzionale | Aiuta i team di manutenzione a capire quando la cartuccia dell'SPD ha raggiunto la fine della vita utile |
Non confrontare i valori nominali in kA senza contesto
È allettante scegliere il numero di kA più alto su una scheda prodotto. Non è sempre il metodo di selezione migliore. Una corrente di scarica nominale più elevata può essere utile, ma solo quando il dispositivo soddisfa anche i requisiti di Ucpv, Up, corrente di cortocircuito, classificazione del tipo, luogo di installazione e coordinamento con le protezioni a monte e a valle.
SPD CC di Tipo 1+2 per impianti solari: quando ha senso
Un SPD CC di Tipo 1+2 combina le caratteristiche di limitazione della corrente di fulmine e delle sovratensioni in un'unica famiglia di dispositivi. Nei progetti fotovoltaici, è particolarmente rilevante quando il lato CC può essere esposto a una maggiore energia di sovratensione.
Considerare un SPD CC di Tipo 1+2 quando:
- L'edificio è dotato di un sistema di protezione esterna contro i fulmini.
- Il cablaggio dell'impianto fotovoltaico non può mantenere una separazione adeguata dal sistema di protezione contro i fulmini.
- L'impianto è installato in un luogo esposto, in campo aperto o in cima a una collina.
- Il sito presenta un'elevata densità di fulmini o costi di inattività elevati.
- Le specifiche del progetto richiedono una protezione SPD in grado di gestire correnti di fulmine.
Utilizzare un SPD CC di Tipo 2 quando:
- Il progetto necessita principalmente di protezione contro sovratensioni indotte e transitori di commutazione.
- Non è presente alcun sistema di protezione esterna contro i fulmini che influenzi l'impianto fotovoltaico.
- Il produttore dell'inverter o la progettazione del progetto specificano una protezione contro le sovratensioni CC di Tipo 2.
- La protezione viene aggiunta all'interno di una string box o di un quadro DC lato inverter per la protezione standard di impianti fotovoltaici su tetto o commerciali.
IEC 61643-31 e IEC 61643-32: quali sono gli standard rilevanti?
Per la protezione dalle sovratensioni DC negli impianti fotovoltaici, il riferimento IEC chiave è la serie IEC 61643:
- IEC 61643-31 copre i requisiti e i metodi di prova per gli SPD collegati al lato DC degli impianti fotovoltaici.
- IEC 61643-32 fornisce i principi di selezione e applicazione per gli SPD collegati al lato DC degli impianti fotovoltaici.
- IEC 61643-11 si applica agli SPD collegati ai sistemi di alimentazione AC a bassa tensione.
Questa distinzione è importante perché un SPD DC per fotovoltaico non è semplicemente un SPD AC con un'etichetta diversa. Il contesto di prova, il comportamento della tensione, i requisiti di disconnessione e i rischi applicativi sono differenti.
Per i progetti in Nord America, possono essere rilevanti anche la norma UL 1449 e i requisiti del codice elettrico locale. Per qualsiasi mercato, il progettista deve confermare l'edizione esatta dello standard, l'adozione locale, i requisiti del manuale dell'inverter e le prescrizioni dell'autorità competente.
Documenti da richiedere prima di approvare un SPD solare in corrente continua
Per gli acquisti B2B, la domanda più sicura non è solo “qual è il prezzo?”, ma “quale documentazione prova che questo SPD è idoneo per l'applicazione fotovoltaica in CC?”
| Documento o prova | Perché è importante |
|---|---|
| Scheda tecnica dell'SPD CC | Conferma Ucpv, In, Imax, Iimp se applicabile, Up, configurazione dei poli e metodo di connessione |
| Documentazione di test o conformità IEC 61643-31 | Aiuta a verificare che il dispositivo sia destinato alla protezione dalle sovratensioni fotovoltaiche in CC e non solo all'uso come SPD in bassa tensione CA |
| Schema elettrico del produttore | Previene collegamenti errati dei poli, instradamento errato del PE e configurazioni di messa a terra non idonee |
| Istruzioni per la protezione di backup | Conferma se è richiesto un fusibile a monte, un interruttore magnetotermico (MCB) in CC o un altro dispositivo di protezione |
| Descrizione dell'indicazione di fine vita | Conferma la finestra di visualizzazione, il comportamento della cartuccia estraibile e il contatto remoto opzionale |
| Linee guida per l'ambiente e l'involucro | Importante per quadri di parallelo (combiner box) esterni, temperature elevate, umidità, siti costieri e rischio di condensa |
Se il fornitore non è in grado di dichiarare chiaramente se il prodotto è destinato all'uso in CC fotovoltaico, l'acquirente non deve considerarlo come un SPD solare in CC.
Errori comuni nell'installazione di SPD per impianti solari
Errore 1: Utilizzo di un SPD AC sul lato DC
Questo è l'errore di selezione più pericoloso. I circuiti fotovoltaici DC richiedono una protezione contro le sovratensioni specifica per DC. Un SPD AC potrebbe non gestire in sicurezza la tensione e il comportamento di interruzione della corrente continua di un circuito fotovoltaico.
Errore 2: Scelta di una Ucpv troppo bassa
Il clima freddo aumenta la tensione a circuito aperto del fotovoltaico. Se la tensione nominale dell'SPD viene selezionata in base alla tensione nominale del sistema anziché alla Voc massima calcolata, l'SPD potrebbe essere sollecitato durante il normale funzionamento.
Errore 3: Protezione solo del lato AC
Un SPD AC nel quadro di distribuzione è utile, ma non elimina la necessità di valutare l'esposizione alle sovratensioni sul lato DC. Gli ingressi DC dell'inverter sono spesso i componenti elettronici più costosi collegati direttamente a lunghi cavi fotovoltaici esterni.
Errore 4: Installazione dell'SPD troppo lontano dall'apparecchiatura protetta
Un cavo lungo tra l'SPD e l'ingresso dell'inverter riduce la qualità della protezione. L'SPD dovrebbe essere posizionato vicino all'apparecchiatura o al punto di ingresso del cavo che protegge.
Errore 5: Cavi lunghi e ampi loop di cablaggio
I cavi dell'SPD non sono normali cablaggi di potenza a bassa frequenza durante una sovratensione. I cavi lunghi aggiungono tensione induttiva. Mantenere il percorso di sovratensione breve, diretto e compatto.
Errore 6: Ignorare i segnali di stato remoto
Negli impianti fotovoltaici commerciali, una cartuccia SPD guasta può passare inosservata se il dispositivo dispone solo di un indicatore visivo all'interno di una scatola chiusa. I contatti di segnalazione remota possono aiutare i team di manutenzione a identificare lo stato di fine vita senza attendere la successiva ispezione manuale.
Errore 7: Scarsa progettazione dell'involucro esterno
Le scatole di giunzione esterne sono esposte a calore, raggi ultravioletti, umidità e condensa. Un SPD CC installato in un involucro progettato male può invecchiare più rapidamente, anche se la classificazione dell'SPD stesso sembra corretta. Per gli armadi solari esterni, verificare il grado di protezione dell'involucro, le condizioni termiche, la tenuta dei pressacavi, il controllo della condensa e l'accesso per la manutenzione.
Lista di controllo per la selezione dell'SPD CC per acquirenti di impianti solari
Utilizzare questa lista di controllo prima di richiedere un prezzo o approvare un progetto di SPD fotovoltaico.
| Elemento di controllo | Cosa verificare |
|---|---|
| Tensione del sistema fotovoltaico | 600V, 1000V, 1200V, 1500V o classe DC specifica per il progetto |
| Voc massima della stringa fotovoltaica | Includere la correzione per basse temperature, non solo la tensione nominale |
| Tipo di SPD | Tipo 2 o Tipo 1+2 in base all'esposizione ai fulmini e al progetto |
| Punto di installazione | Quadro di parallelo (combiner box), ingresso DC dell'inverter, entrambe le estremità o uscita AC |
| Lato DC contro lato AC | SPD CC per ingresso FV; SPD CA per uscita inverter o lato rete |
| Ucpv | Deve essere idoneo alla tensione CC massima calcolata dell'impianto FV |
| Su | Deve essere coordinato con il livello di tenuta dell'apparecchiatura protetta e la lunghezza dei cavi |
| In / Imax / Iimp | Corrispondere al livello di esposizione, alla classificazione del tipo e alle specifiche di progetto |
| Comportamento in cortocircuito | Verificare la protezione di backup o i requisiti Iscpv/SCCR dalla scheda tecnica |
| Configurazione dei pali | Corrispondere al cablaggio FV con messa a terra, flottante o specifico del sistema |
| Indicazione di stato | Indicatore visivo, cartuccia sostituibile, contatto remoto se necessario |
| Standard | IEC 61643-31/32, UL 1449 o requisiti locali a seconda del mercato |
Formato di specifica consigliato per SPD fotovoltaici
Per richieste di offerta (RFQ) più chiare, non scrivere solo “prezzo SPD solare”. Invia una specifica che includa le reali condizioni di progetto.
Esempio di formato RFQ:
| Campo RFQ | Esempio di input |
|---|---|
| Applicazione | Fotovoltaico su tetto / fotovoltaico a terra / stazione inverter commerciale |
| Tensione del sistema fotovoltaico | 1000 V CC o 1500 V CC |
| Voc massima della stringa | Valore calcolato alla temperatura minima |
| Tipo di SPD | SPD DC di tipo 2 o SPD DC di tipo 1+2 |
| Punto di installazione | String box e/o ingresso DC dell'inverter |
| Configurazione dei pali | 2P, 3P o specifico per il progetto |
| Direzione standard richiesta | IEC 61643-31, UL 1449 o requisiti locali |
| Monitoraggio dello stato | Solo visivo o contatto di segnalazione remota |
| Condizioni dell'involucro | Locale inverter interno, scatola di giunzione esterna, sito costiero, calore elevato |
Questo formato aiuta VIOX o qualsiasi fornitore qualificato a selezionare la famiglia di SPD DC corretta, invece di quotare un dispositivo che soddisfa solo una parola chiave.
FAQ
Un singolo SPD può proteggere sia il lato DC fotovoltaico che il lato uscita AC?
No. Un SPD DC protegge il lato ingresso fotovoltaico, mentre un SPD AC protegge l'uscita dell'inverter o il lato rete/distribuzione. Una progettazione completa della protezione dalle sovratensioni solari valuta spesso entrambi i lati, poiché l'energia di sovratensione può entrare attraverso i cavi fotovoltaici esterni o attraverso la rete di distribuzione AC.
Come faccio a sapere se installare uno o due SPD DC?
Verificare la distanza tra l'impianto fotovoltaico o la scatola di giunzione e l'inverter. Se il percorso del cavo DC è breve, un SPD DC posizionato correttamente può essere sufficiente a seconda della progettazione del sistema. Se il percorso del cavo DC è lungo, solitamente circa 10 metri o più, i tecnici valutano spesso l'installazione di SPD su entrambe le estremità: uno vicino all'impianto o alla scatola di giunzione e uno vicino all'ingresso DC dell'inverter.
Cosa succede se la Ucpv è inferiore alla tensione reale della stringa fotovoltaica?
L'SPD potrebbe interpretare la normale tensione operativa fotovoltaica come una condizione di sovratensione. Ciò può causare surriscaldamento, fine vita prematura, indicazione di guasto impropria o una modalità di guasto pericolosa. La Ucpv deve essere selezionata al di sopra della tensione a circuito aperto della stringa fotovoltaica in condizioni di freddo estremo, non solo al di sopra della tensione nominale dell'inverter.
Perché la lunghezza dei cavi è importante se l'SPD ha un valore Up basso?
Il valore Up riportato nella scheda tecnica dell'SPD è misurato in condizioni di prova standardizzate. Nel quadro reale, cavi lunghi aggiungono una tensione induttiva durante una sovratensione rapida. La tensione residua effettiva all'inverter può essere superiore all'Up indicato sull'SPD se il percorso del cablaggio è lungo, presenta anelli o è collegato in modo inadeguato.
Un SPD CC di Tipo 1+2 è sempre migliore di un SPD CC di Tipo 2?
Non sempre. Il Tipo 1+2 è utile dove è prevista l'esposizione a correnti di fulmine, come nei sistemi con protezione esterna contro i fulmini o in impianti fotovoltaici altamente esposti. Per molti sistemi fotovoltaici standard su tetto o commerciali, dove le sovratensioni indotte sono la preoccupazione principale, un SPD CC di Tipo 2 correttamente selezionato può essere la scelta appropriata. La decisione deve seguire la valutazione del rischio fulminazione del progetto e i requisiti di progettazione locali.
L'SPD CC deve essere installato prima o dopo il sezionatore CC?
La posizione esatta dipende dal design della string box o dell'ingresso dell'inverter e dallo schema elettrico del produttore. Il punto fondamentale è che l'SPD deve essere collegato vicino ai conduttori protetti e alla barra di equipotenzialità con cavi corti. Non dovrebbe essere posizionato lontano solo per comodità di disposizione nel quadro.
Quale segnale remoto dovrebbe fornire un SPD CC solare per sistemi fotovoltaici commerciali?
I sistemi fotovoltaici commerciali e di grande scala utilizzano spesso SPD con una finestra di stato visiva e un contatto di segnalazione remota opzionale, solitamente collegato a un sistema di monitoraggio, a un circuito di allarme o a un sistema di controllo supervisionato. Ciò aiuta le squadre di manutenzione a rilevare un SPD a fine vita senza dover aprire manualmente ogni string box.
Un SPD CC solare può proteggere l'inverter se la string box è lontana?
Solo parzialmente. Se la string box è lontana dall'inverter, il cavo tra i due può comunque captare sovratensioni indotte. In tal caso, potrebbe essere necessario un secondo SPD CC vicino all'ingresso CC dell'inverter per ridurre la sovratensione che raggiunge l'apparecchiatura.
Quali documenti dovrei richiedere a un fornitore di SPD CC prima di utilizzarlo in una string box fotovoltaica?
Richiedere la scheda tecnica dell'SPD CC, lo schema di cablaggio, la tensione nominale Ucpv, i valori nominali In/Imax o Iimp, il valore Up, le istruzioni per la protezione di backup, i dettagli sull'indicazione di fine vita e la documentazione di test o conformità relativa alla norma IEC 61643-31, ove applicabile. Per le string box da esterno, verificare anche i requisiti ambientali e di protezione dell'involucro.
Un SPD CC sostituisce i fusibili FV, gli interruttori magnetotermici CC (MCB) o gli interruttori sezionatori CC?
No. Un SPD CC limita le sovratensioni transitorie. I fusibili FV o gli MCB CC proteggono dalle sovracorrenti ove applicabile, mentre gli interruttori sezionatori CC forniscono funzioni di commutazione o isolamento. Questi dispositivi svolgono funzioni diverse e devono essere coordinati nella progettazione della string box o dell'ingresso dell'inverter.
Conclusione
Il miglior SPD CC per il solare non si sceglie solo in base al valore di kA più elevato. Si sceglie abbinandolo alla tensione CC fotovoltaica, al ruolo di Tipo 2 o Tipo 1+2, alla posizione di installazione, alla lunghezza del cavo, alla lunghezza dei conduttori, al design della messa a terra/collegamento equipotenziale e agli standard pertinenti come IEC 61643-31 e IEC 61643-32.
Per la maggior parte degli acquirenti, la corretta sequenza di valutazione è:
- Confermare se il punto di protezione si trova sul lato DC o sul lato AC.
- Calcolare la Voc massima della stringa FV in condizioni di freddo.
- Selezionare una classe Ucpv adeguata.
- Decidere tra Tipo 2 e Tipo 1+2 in base all'esposizione ai fulmini.
- Posizionare l'SPD vicino all'apparecchiatura protetta e mantenere i cavi corti.
- Confermare la protezione di backup, l'indicazione di stato e l'ambiente dell'involucro.
Se si stanno selezionando prodotti SPD DC per quadri di parallelo FV, protezione ingresso inverter o quadri di distribuzione solare, VIOX può aiutare a trovare la soluzione giusta. Famiglia SPD alla classe di tensione effettiva, al punto di installazione e ai requisiti di progetto.
