Los inversores solares son uno de los componentes más valiosos y sensibles de un sistema fotovoltaico. Un plan de protección contra sobretensiones bien diseñado ayuda a evitar que las sobretensiones inducidas por rayos, los transitorios de conmutación y las sobretensiones relacionadas con los cables dañen los componentes electrónicos del inversor.
La protección contra sobretensiones para inversores solares requiere dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de CC y CA coordinados, instalados en la caja combinadora fotovoltaica, en la entrada de CC del inversor y en la salida de CA. El lado de CC protege al inversor de las sobretensiones provenientes de las cadenas fotovoltaicas, mientras que el lado de CA lo protege de la conmutación del lado de la red y de los transitorios inducidos por rayos.
- Por qué los inversores solares necesitan protección contra sobretensiones
- Arquitectura de protección contra sobretensiones para inversores fotovoltaicos
- Dónde instalar los SPD
- Cuántos SPD se necesitan
- SPD de CA frente a SPD de CC
- SPD Tipo 2 frente a Tipo 1+2
- Selección de SPD de 1000V frente a 1500V
- Errores comunes de instalación
- Soluciones de SPD recomendadas
- PREGUNTAS FRECUENTES
Índice
Por qué los inversores solares necesitan protección contra sobretensiones
Un inversor solar convierte la energía de corriente continua (CC) de las cadenas fotovoltaicas en energía de corriente alterna (CA) para la red o la carga local. Dentro del inversor, los semiconductores de potencia, las placas de control, los sensores y los circuitos de comunicación son sensibles a las sobretensiones transitorias.
En un sistema fotovoltaico, la energía de las sobretensiones puede ingresar desde dos direcciones. En el lado de CC, los cables largos de las cadenas fotovoltaicas y los conjuntos de módulos expuestos pueden captar sobretensiones inducidas por rayos. En el lado de CA, la conmutación de la red, los eventos de rayos cercanos y las perturbaciones en la red de distribución pueden enviar sobretensiones transitorias hacia el inversor.
Es por esto que la protección contra sobretensiones del inversor no debe tratarse como un dispositivo único instalado al azar en el gabinete. Debe diseñarse como un sistema: protección del lado de CC, protección del lado de CA, puesta a tierra, enrutamiento de cables y coordinación entre los niveles de protección.
Arquitectura de protección contra sobretensiones para inversores fotovoltaicos
La arquitectura de protección básica comienza con la trayectoria de la energía. En la mayoría de los sistemas solares conectados a la red, se debe considerar la protección contra sobretensiones en el lado del arreglo fotovoltaico, la caja combinadora, la entrada de CC del inversor y el lado de salida de CA.
Este diseño deja claro un punto: la protección del inversor normalmente requiere considerar tanto el lado de CC como el de CA. Un SPD de CC cerca del inversor ayuda a limitar las sobretensiones provenientes de los arreglos fotovoltaicos. Un SPD de CA en la salida del inversor o en el tablero de distribución de CA cercano ayuda a reducir los transitorios provenientes de la red.
¿Dónde deben instalarse los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) para la protección de inversores solares?
La ubicación correcta del SPD depende de la longitud del cable, la exposición a rayos, el voltaje del sistema y de si el inversor está protegido por una caja combinadora cercana o por un sistema externo de protección contra rayos.
| Lugar de instalación | Contra qué protege | SPD recomendado | Por qué es importante para el inversor |
|---|---|---|---|
| Caja combinadora FV | Sobretensiones inducidas en cadenas fotovoltaicas y tendidos de cables de CC | SPD de CC Tipo 2, o SPD de CC Tipo 1+2 en sistemas con alto riesgo de rayos | Reduce la energía de sobretensión antes de que se dirija a la entrada de CC del inversor. |
| Entrada de CC del inversor | Energía residual de sobretensión de CC que llega al inversor | SPD de CC adaptado al voltaje del sistema, como 1000V CC o 1500V CC | Proporciona protección local cerca de los terminales del inversor. |
| Salida de CA del inversor | Sobretensión de conmutación del lado de la red y sobretensión transitoria de CA | SPD de CA tipo 2, o SPD de CA tipo 1+2 cuando el diseño del proyecto lo requiera | Protege al inversor contra el estrés por sobretensión inversa a través del lado de CA. |
| Línea de comunicación / monitorización | Sobretensiones que ingresan a través de RS485, Ethernet o cableado de señal | SPD de señal seleccionado para el tipo de línea de comunicación | Evita que los puertos de monitorización y las placas de comunicación se conviertan en puntos vulnerables. |
¿Cuántos dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) se necesitan para un inversor solar?
No existe una cifra única que se adapte a todos los sistemas fotovoltaicos. Un sistema pequeño en una azotea, una instalación comercial con largas tiradas de cables y un parque solar a escala comercial no tienen la misma exposición a sobretensiones.
Como regla de diseño práctica, si la distancia del cable entre el conjunto fotovoltaico/caja combinadora y el inversor es corta, la protección local cerca del inversor puede ser suficiente para el lado de CC. Si la distancia es larga, suele ser mejor instalar protección en ambos extremos: un SPD cerca del conjunto o caja combinadora y otro SPD cerca del inversor.
| Estado del sistema fotovoltaico | Enfoque de protección sugerido | Razón |
|---|---|---|
| Cable de CC corto entre la matriz y el inversor | SPD de CC cerca de la entrada del inversor | Menor exposición del cable y trayectoria de sobretensión más corta. |
| Tendido de cable de CC de gran longitud | SPD de CC en la caja combinadora y SPD de CC cerca de la entrada del inversor | La energía de sobretensión puede inducirse a lo largo del cable, por lo que ambos extremos deben ser considerados. |
| Campo abierto o sitio con alta densidad de rayos | SPD de CC tipo 1+2 en el lado expuesto, coordinado con la protección aguas abajo | Una mayor exposición a rayos requiere una protección frontal más robusta. |
| Inversor conectado a la red | SPD de CA en la salida del inversor o en el cuadro de distribución de CA | Los transitorios del lado de la red también pueden dañar la electrónica del inversor. |
SPD de CA vs. SPD de CC: No los mezcle
Los sistemas de inversores solares requieren el SPD adecuado para cada lado. El lado de CC de un sistema fotovoltaico no es igual a un circuito de distribución de CA.
Un SPD de CC para sistemas fotovoltaicos debe seleccionarse según la tensión máxima de funcionamiento continuo de CC de la matriz fotovoltaica. Asimismo, debe ser adecuado para el comportamiento ante fallos y las características de arco de los circuitos de CC. No se debe instalar un SPD de CA en el lado de CC de un sistema fotovoltaico.
SPD Tipo 2 frente a Tipo 1+2 para inversores solares
En la mayoría de los sistemas fotovoltaicos residenciales y comerciales, se utilizan habitualmente SPD de Tipo 2 para proteger contra las corrientes de sobretensión inducidas. Para sistemas con mayor exposición a rayos, protección externa contra rayos o instalaciones a gran escala en campo abierto, pueden ser necesarios SPD de Tipo 1+2 en el lado expuesto del sistema.
| Tipo de SPD | Función principal | Dónde se integra en la protección del inversor | Caso de uso típico |
|---|---|---|---|
| SPD de CC Tipo 2 | Protección contra sobretensiones inducidas | Caja combinadora y entrada de CC del inversor | La mayoría de los sistemas fotovoltaicos comerciales y de tejado estándar. |
| SPD de CC Tipo 1+2 | Protección combinada contra rayos y sobretensiones | Caja combinadora fotovoltaica, lado de CC expuesto o ubicación frontal de alto riesgo | Parques solares, sistemas con protección externa contra rayos y emplazamientos expuestos. |
| AC Tipo 2 SPD | Protección contra transitorios en el lado de CA | Salida de CA del inversor o cuadro de distribución de CA | Sistemas de inversores conectados a la red. |
SPD de 1000V frente a 1500V CC para inversores solares
El SPD de CC debe ser compatible con la tensión del sistema fotovoltaico. Muchos sistemas fotovoltaicos utilizan una arquitectura de 1000V CC o 1500V CC. Para la protección del inversor, la tensión de funcionamiento continuo del SPD en el lado de CC debe ser igual o superior a la tensión máxima posible de la cadena fotovoltaica en las condiciones reales del emplazamiento.
No seleccione un SPD de CC basándose únicamente en la potencia nominal del inversor. Verifique la tensión de circuito abierto de la cadena fotovoltaica, la corrección por temperatura, la tensión máxima del sistema, el diseño de entrada del inversor y las especificaciones del proyecto.
Utilice un SPD de CC clasificado para aplicaciones fotovoltaicas de 1000 V, instalado en los puntos de protección de CC requeridos.
Utilice un SPD de 1500 V CC para el lado fotovoltaico, especialmente en cajas combinadoras y entradas de CC del inversor.
Evalúe la protección contra sobretensiones (SPD) de CC de tipo 1+2 y coordínela con la protección de tipo 2 aguas abajo cuando sea necesario.
Utilice una protección contra sobretensiones (SPD) de CA adecuada en la salida del inversor o en el cuadro de distribución de CA cercano.
Guía paso a paso para la selección de SPD en la protección de inversores solares
Un buen diseño de protección contra sobretensiones para inversores debe comenzar por el sistema, no por el catálogo de productos. Siga el siguiente proceso antes de seleccionar un modelo.
- Paso 1: Confirme el voltaje del sistema. Identifique si el lado fotovoltaico es de 600V, 1000V, 1200V o 1500V CC.
- Paso 2: Confirme el tipo de inversor. Los inversores de cadena, inversores centrales, inversores híbridos e inversores aislados pueden requerir diferentes configuraciones de protección.
- Paso 3: Compruebe la longitud del cable de CC. Los recorridos largos de cable aumentan el riesgo de sobretensiones inducidas y pueden requerir dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) en ambos extremos.
- Paso 4: Compruebe la exposición a rayos. Las áreas de campo abierto, montaña, costa y zonas con alta actividad ceráunica suelen requerir un diseño de protección más robusto.
- Paso 5: Elija el tipo de SPD. Tipo 2 para protección estándar contra sobretensiones inducidas; Tipo 1+2 para mayor exposición a rayos o zonas con LPS externo.
- Paso 6: Verifique los valores nominales de corriente de descarga. Seleccione los valores In, Imax o Iimp adecuados según las especificaciones del proyecto y el riesgo de la instalación.
- Paso 7: Compruebe el nivel de protección de tensión. El nivel de protección del SPD debe estar coordinado con el nivel de resistencia del equipo que se está protegiendo.
- Paso 8: Confirme la instalación y la conexión a tierra. Mantenga los cables cortos, el trazado ordenado y la conexión a tierra fiable.
Requisitos de instalación para SPD en inversores solares
Incluso el SPD adecuado puede tener un rendimiento deficiente si se instala incorrectamente. El efecto de protección depende en gran medida de la longitud del cableado, el trazado, la conexión equipotencial, la puesta a tierra y la coordinación con los dispositivos situados aguas arriba y aguas abajo.
| Factor de instalación | Práctica correcta | Por qué es importante |
|---|---|---|
| Longitud del cable | Mantenga los cables de conexión del SPD lo más cortos y rectos posible. | Los cables largos añaden tensión inductiva y reducen el rendimiento de la protección. |
| Conexión a tierra | Siga la normativa local y el diseño de puesta a tierra del proyecto. Se prefiere una impedancia menor. | El rendimiento del SPD depende de una trayectoria de descarga fiable. |
| Enrutamiento de cables | Evite los bucles grandes. Tienda los conductores positivos, negativos, de PE y de conexión equipotencial con cuidado. | Los bucles grandes aumentan la tensión de sobretensión inducida. |
| Separación de CA/CC | Utilice dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de CA y CC separados según el tipo de circuito. | El comportamiento ante sobretensiones de CA y CC es diferente. |
| Señal remota | Utilice contactos de señalización remota cuando sea necesario realizar un seguimiento del mantenimiento. | Ayuda a los operadores a identificar fallos en el SPD antes de que se produzcan daños en el inversor. |
Errores comunes en la protección contra sobretensiones de inversores solares
Estos errores son comunes en proyectos fotovoltaicos y pueden reducir el rendimiento de la protección o generar riesgos de seguridad.
| Error | Por qué es un problema | Enfoque correcto |
|---|---|---|
| Instalar el SPD solo en el lado de CA | La entrada de CC del inversor permanece expuesta a las sobretensiones de la cadena fotovoltaica. | Proteja tanto el lado de CC como el de CA según la configuración del sistema. |
| Uso de SPD de CA en el lado de CC | Es posible que los dispositivos de CA no interrumpan o manejen de forma segura el comportamiento de la CC fotovoltaica. | Utilice SPD de CC fotovoltaicos diseñados para circuitos fotovoltaicos. |
| Instalación del SPD demasiado lejos del inversor | Los cables largos aumentan la tensión residual en el equipo protegido. | Instale el SPD cerca de los terminales del inversor o del equipo protegido. |
| Ignorar la longitud del cable entre la matriz y el inversor | Los cables largos pueden captar energía de sobretensión inducida. | Considere el uso de SPD tanto en la caja combinadora como en la entrada del inversor para recorridos largos. |
| Seleccionar un SPD basándose únicamente en el precio | Un SPD con una capacidad insuficiente puede fallar prematuramente o no brindar la protección adecuada. | Verifique el voltaje, el tipo, la capacidad de descarga, la normativa y la aplicación. |
Diferentes escenarios de inversores solares
La misma palabra clave, “protección contra sobretensiones para inversor solar”, puede referirse a diferentes tipos de proyectos. Un buen diseño debe adaptarse al escenario real del inversor.
Inversor residencial o para pequeñas empresas
Por lo general, requiere un SPD de CC de Tipo 2 en el lado de entrada fotovoltaica y un SPD de CA en el lado de salida. Es fundamental centrarse en una tensión nominal correcta, un cableado corto y una conexión a tierra fiable.
Inversores de cadena múltiples
A menudo se requiere protección en cajas combinadoras, entradas de inversores y cuadros de distribución de CA. La longitud del cable y la agrupación de inversores adquieren relevancia.
Parque solar o sistema de campo abierto
Una alta exposición puede requerir protección de CC tipo 1+2 en el lado del campo, coordinada con los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) del lado del inversor y del lado de CA.
Lista de verificación del comprador antes de elegir un SPD para inversor solar
Antes de solicitar un presupuesto o seleccionar un modelo, prepare la siguiente información. Esto ayuda a evitar errores en el voltaje, el tipo o la configuración de los polos.
- Voltaje máximo de CC del sistema fotovoltaico: 600V, 1000V, 1200V o 1500V
- Tipo de inversor: de cadena (string), central, híbrido o aislado (off-grid)
- Ubicación de la instalación: caja combinadora, entrada del inversor, salida de CA o cuadro de distribución
- Exposición a rayos: azotea, campo abierto, montaña, zona costera o área de alta actividad ceráunica
- Tipo de SPD requerido: Tipo 2 o Tipo 1+2
- Configuración de polos requerida
- Necesidad de contacto de señalización remota
- Normativa aplicable y requisitos de certificación
- Cantidad de pedido prevista y necesidades de OEM/marca privada
Soluciones SPD recomendadas para la protección de inversores solares
LEEYEE suministra dispositivos de protección contra sobretensiones para sistemas de inversores fotovoltaicos, incluyendo supresores de sobretensiones (SPD) de CC para aplicaciones de 1000V y 1500V, SPD para riel DIN y soluciones de Tipo 1+2 para proyectos solares con alto riesgo de rayos.
SPD de DC 1500V
Para cajas combinadoras fotovoltaicas, protección de entrada de CC de inversores y sistemas solares fotovoltaicos de alto voltaje.
Ver SPD de CC de 1500VSPD Solar
Para un diseño completo de protección contra sobretensiones fotovoltaicas, incluyendo el lado de CC, el lado de CA y la selección del sistema.
Ver SPD SolarProtector contra sobretensiones de riel DIN
Para gabinetes de inversores, cuadros de distribución, cajas combinadoras y ensamblajes eléctricos OEM.
Ver SPD para riel DINPreguntas frecuentes: Protección contra sobretensiones para inversores solares
¿Los inversores solares necesitan protección contra sobretensiones?
Sí. Los inversores solares están expuestos a sobretensiones tanto del lado de CC fotovoltaico como del lado de la red de CA. Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de CC y CA ayudan a reducir el riesgo de daños en el inversor causados por transitorios inducidos por rayos y maniobras de conmutación.
¿Dónde debe instalarse el SPD para un inversor solar?
Los dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS) suelen instalarse en la caja combinadora fotovoltaica, la entrada de CC del inversor y la salida de CA del inversor, o en el cuadro de distribución de CA cercano. La disposición exacta depende de la longitud de los cables, la tensión del sistema y la exposición a rayos.
¿Debo utilizar un SPD de CC o un SPD de CA para un inversor solar?
Utilice un SPD de CC en el lado de entrada fotovoltaica y un SPD de CA en el lado de salida del inversor. No utilice un SPD de CA en el lado de CC fotovoltaica.
¿Qué tipo de SPD se utiliza para la protección de inversores solares?
El SPD de Tipo 2 se utiliza habitualmente para la protección estándar de inversores fotovoltaicos. El SPD de Tipo 1+2 se emplea en instalaciones con alta exposición a rayos, protección externa contra el rayo o requisitos de proyecto más estrictos.
¿Necesito un SPD de CC de 1000V o 1500V?
Elija según la tensión máxima de CC del sistema fotovoltaico. Un sistema fotovoltaico de 1500V requiere un SPD de CC adecuado para aplicaciones fotovoltaicas de 1500V. Compruebe siempre la tensión de la cadena y la corrección por temperatura.
¿Puede un solo SPD proteger todo el sistema de inversor fotovoltaico?
Por lo general, no. Un sistema completo puede requerir protección en múltiples puntos, especialmente cuando los tendidos de cables de CC son largos o el sitio presenta una alta exposición a rayos.
¿Por qué es importante la longitud del cable para la protección contra sobretensiones del inversor?
Los cables largos pueden captar energía de sobretensión inducida y aumentar el voltaje residual. Los conductores del SPD deben ser cortos y rectos, y los recorridos largos de cables fotovoltaicos pueden requerir protección en ambos extremos.
¿Qué información debo proporcionar para seleccionar el SPD adecuado?
Proporcione el voltaje del sistema fotovoltaico, el tipo de inversor, la ubicación de la instalación, la longitud del cable, la exposición a rayos, el tipo de SPD requerido y si se necesita señalización remota o etiquetado OEM.
¿Necesita ayuda para seleccionar un SPD para su proyecto de inversor solar?
Comparta el voltaje de su sistema fotovoltaico, el tipo de inversor, la ubicación de la instalación y la exposición a rayos. LEEYEE puede ayudarle a elegir la protección contra sobretensiones de CC y CA adecuada para aplicaciones fotovoltaicas en el lado del inversor.
