Gli inverter solari rappresentano una delle componenti più preziose e sensibili di un impianto fotovoltaico. Un piano di protezione dalle sovratensioni ben progettato contribuisce a prevenire danni all'elettronica dell'inverter causati da fulmini, transitori di commutazione e sovratensioni legate ai cavi.
La protezione dalle sovratensioni per gli inverter solari richiede dispositivi di protezione (SPD) coordinati per corrente continua (DC) e alternata (AC), installati presso il quadro di campo, l'ingresso DC dell'inverter e l'uscita AC. Il lato DC protegge l'inverter dalle sovratensioni provenienti dalle stringhe fotovoltaiche, mentre il lato AC lo protegge dai transitori di commutazione della rete e da quelli indotti dai fulmini.
- Perché gli inverter solari necessitano di protezione contro le sovratensioni
- Architettura di protezione contro le sovratensioni per inverter fotovoltaici
- Dove installare gli SPD
- Quanti SPD sono necessari
- SPD AC vs SPD DC
- SPD di Tipo 2 vs Tipo 1+2
- Selezione di SPD da 1000V vs 1500V
- Errori comuni di installazione
- Soluzioni SPD raccomandate
- FAQ
Indice dei contenuti
Perché gli inverter solari necessitano di protezione contro le sovratensioni
Un inverter solare converte la corrente continua proveniente dalle stringhe fotovoltaiche in corrente alternata per la rete o per il carico locale. All'interno dell'inverter, i semiconduttori di potenza, le schede di controllo, i sensori e i circuiti di comunicazione sono sensibili alle sovratensioni transitorie.
In un impianto fotovoltaico, l'energia di sovratensione può penetrare da due direzioni. Sul lato DC, i lunghi cavi delle stringhe fotovoltaiche e i moduli esposti possono captare sovratensioni indotte dai fulmini. Sul lato AC, le commutazioni di rete, i fulmini nelle vicinanze e i disturbi della rete di distribuzione possono inviare sovratensioni transitorie verso l'inverter.
Ecco perché la protezione contro le sovratensioni dell'inverter non deve essere considerata come un singolo dispositivo installato casualmente nel quadro. Deve essere progettata come un sistema: protezione lato DC, protezione lato AC, messa a terra, instradamento dei cavi e coordinamento tra i livelli di protezione.
Architettura di protezione contro le sovratensioni per inverter fotovoltaici
L'architettura di protezione di base inizia con il percorso dell'energia. Nella maggior parte dei sistemi solari collegati alla rete, la protezione contro le sovratensioni dovrebbe essere considerata sul lato del campo fotovoltaico, nel quadro di parallelo, all'ingresso DC dell'inverter e sul lato di uscita AC.
Questo schema chiarisce un punto: la protezione dell'inverter richiede normalmente un approccio sia lato DC che lato AC. Un SPD DC vicino all'inverter aiuta a limitare le sovratensioni provenienti dalle stringhe fotovoltaiche. Un SPD AC all'uscita dell'inverter o nel quadro di distribuzione AC adiacente aiuta a ridurre i transitori provenienti dalla rete.
Dove devono essere installati gli SPD per la protezione degli inverter solari?
La posizione corretta dell'SPD dipende dalla lunghezza dei cavi, dall'esposizione ai fulmini, dalla tensione del sistema e dal fatto che l'inverter sia protetto da un quadro di parallelo vicino o da un sistema di protezione contro i fulmini esterno.
| Posizione di installazione | Cosa protegge | SPD raccomandato | Perché è importante per l'inverter |
|---|---|---|---|
| Scatola combinatore FV | Sovratensioni indotte nelle stringhe fotovoltaiche e nei percorsi dei cavi DC | SPD DC di Tipo 2, o SPD DC di Tipo 1+2 in sistemi ad alto rischio di fulminazione | Riduce l'energia di sovratensione prima che raggiunga l'ingresso CC dell'inverter. |
| Ingresso CC dell'inverter | Energia residua di sovratensione CC che raggiunge l'inverter | SPD CC adattato alla tensione di sistema, come 1000V CC o 1500V CC | Fornisce una protezione locale in prossimità dei terminali dell'inverter. |
| Uscita AC dell'inverter | Sovratensioni di commutazione lato rete e sovratensioni transitorie CA | SPD CA di Tipo 2, o SPD CA di Tipo 1+2 laddove richiesto dal progetto | Protegge l'inverter dallo stress da sovratensione inversa attraverso il lato CA. |
| Linea di comunicazione / monitoraggio | Sovratensioni in ingresso tramite RS485, Ethernet o cablaggio di segnale | SPD di segnale selezionato in base al tipo di linea di comunicazione | Impedisce che le porte di monitoraggio e le schede di comunicazione diventino punti deboli. |
Quanti SPD sono necessari per un inverter solare?
Non esiste un valore unico adatto a ogni impianto fotovoltaico. Un piccolo impianto residenziale, un impianto commerciale su tetto con lunghe stringhe e un parco solare su scala industriale non hanno la stessa esposizione alle sovratensioni.
Come regola pratica di progettazione, se la distanza del cavo tra il campo fotovoltaico / scatola di giunzione e l'inverter è breve, la protezione locale vicino all'inverter può essere sufficiente per il lato CC. Se la distanza è elevata, è solitamente preferibile installare la protezione su entrambe le estremità: un SPD vicino al campo o alla scatola di giunzione e un altro SPD vicino all'inverter.
| Condizione dell'impianto fotovoltaico | Approccio di protezione suggerito | Motivo |
|---|---|---|
| Cavo CC corto tra campo fotovoltaico e inverter | SPD CC vicino all'ingresso dell'inverter | Minore esposizione dei cavi e percorso di sovratensione più breve. |
| Tratta di cavo CC lunga | SPD CC presso la scatola di giunzione e SPD CC vicino all'ingresso dell'inverter | L'energia di sovratensione può essere indotta lungo il cavo, pertanto è necessario considerare entrambe le estremità. |
| Sito in campo aperto o ad alta densità di fulmini | SPD CC di tipo 1+2 sul lato esposto, coordinato con la protezione a valle | Una maggiore esposizione ai fulmini richiede una protezione front-end più robusta. |
| Inverter collegato alla rete | SPD CA all'uscita dell'inverter o al quadro di distribuzione CA | I transitori lato rete possono danneggiare anche l'elettronica dell'inverter. |
SPD CA vs SPD CC: non confonderli
I sistemi di inverter solari necessitano dell'SPD corretto per ciascun lato. Il lato CC di un impianto fotovoltaico non è uguale a un circuito di distribuzione CA.
Un SPD CC per impianti fotovoltaici deve essere selezionato in base alla tensione operativa continua massima in CC dell'impianto fotovoltaico. Deve inoltre essere idoneo al comportamento in caso di guasto e alle caratteristiche dell'arco elettrico dei circuiti in CC. Un SPD CA non deve essere installato sul lato CC di un impianto fotovoltaico.
SPD di Tipo 2 vs Tipo 1+2 per inverter solari
Per la maggior parte degli impianti fotovoltaici residenziali e commerciali, si utilizzano comunemente SPD di Tipo 2 per proteggere dalle correnti di sovratensione indotte. Per impianti con maggiore esposizione ai fulmini, protezione esterna contro i fulmini o installazioni in campo aperto su scala industriale, potrebbero essere necessari SPD di Tipo 1+2 sul lato esposto dell'impianto.
| Tipo di SPD | Funzione principale | Dove si colloca nella protezione dell'inverter | Caso d'uso tipico |
|---|---|---|---|
| SPD DC di Tipo 2 | Protezione contro le sovratensioni indotte | String box e ingresso CC dell'inverter | La maggior parte degli impianti fotovoltaici standard su tetto e commerciali. |
| SPD DC di Tipo 1+2 | Protezione combinata contro correnti da fulmine e sovratensioni | String box fotovoltaica, lato CC esposto o posizione front-end ad alto rischio | Parchi solari, impianti con protezione esterna contro i fulmini, siti esposti. |
| SPD tipo 2 in c.a. | Protezione contro i transitori sul lato CA | Uscita CA dell'inverter o quadro di distribuzione CA | Sistemi inverter connessi alla rete. |
SPD CC da 1000V vs 1500V per inverter solari
L'SPD CC deve corrispondere alla tensione dell'impianto fotovoltaico. Molti impianti fotovoltaici utilizzano un'architettura a 1000V CC o 1500V CC. Per la protezione dell'inverter, la tensione operativa continua dell'SPD sul lato CC deve essere uguale o superiore alla massima tensione possibile della stringa fotovoltaica nelle condizioni reali del sito.
Non selezionare un SPD CC basandosi solo sulla potenza nominale dell'inverter. Verificare la tensione a circuito aperto della stringa fotovoltaica, la correzione della temperatura, la tensione massima del sistema, il design dell'ingresso dell'inverter e le specifiche del progetto.
Utilizzare un SPD CC classificato per applicazioni fotovoltaiche da 1000V, installato nei punti di protezione CC richiesti.
Utilizzare un SPD CC da 1500V per il lato fotovoltaico, specialmente nei quadri di parallelo e negli ingressi CC dell'inverter.
Valutare una protezione SPD CC di Tipo 1+2 e coordinarla con la protezione di Tipo 2 a valle, ove necessario.
Utilizzare una protezione SPD CA adeguata all'uscita dell'inverter o nel quadro di distribuzione CA adiacente.
Selezione passo dopo passo dell'SPD per la protezione dell'inverter solare
Una buona progettazione della protezione contro le sovratensioni per inverter dovrebbe partire dal sistema, non dal catalogo prodotti. Seguire il processo seguente prima di selezionare un modello.
- Passaggio 1: Verificare la tensione del sistema. Identificare se il lato FV è a 600V, 1000V, 1200V o 1500V CC.
- Passaggio 2: Confermare il tipo di inverter. Gli inverter di stringa, centralizzati, ibridi e off-grid possono richiedere configurazioni di protezione differenti.
- Passaggio 3: Verificare la lunghezza del cavo CC. Tratte di cavo lunghe aumentano il rischio di sovratensioni indotte e potrebbero richiedere SPD su entrambe le estremità.
- Passaggio 4: Verificare l'esposizione ai fulmini. Le aree in campo aperto, montane, costiere e ad alta densità di fulmini richiedono solitamente una progettazione di protezione più robusta.
- Passaggio 5: Scegliere il tipo di SPD. Tipo 2 per la protezione standard contro le sovratensioni indotte; Tipo 1+2 per una maggiore esposizione ai fulmini o zone con LPS esterno.
- Passaggio 6: Verificare i valori nominali della corrente di scarica. Selezionare i valori In, Imax o Iimp adeguati in base alle specifiche del progetto e al rischio di installazione.
- Passaggio 7: Verificare il livello di protezione dalla tensione. Il livello di protezione dell'SPD deve essere coordinato con il livello di tenuta dell'apparecchiatura da proteggere.
- Passaggio 8: Confermare l'installazione e la messa a terra. Mantenere i cavi corti, il cablaggio ordinato e la messa a terra affidabile.
Requisiti di installazione per gli SPD degli inverter solari
Anche il miglior SPD può offrire prestazioni scadenti se installato in modo errato. L'efficacia della protezione dipende in larga misura dalla lunghezza del cablaggio, dal percorso, dal collegamento equipotenziale, dalla messa a terra e dal coordinamento con i dispositivi a monte e a valle.
| Fattore di installazione | Pratica corretta | Perché è importante |
|---|---|---|
| Lunghezza del cavo | Mantenere i cavi di collegamento dell'SPD il più corti e diritti possibile. | I cavi lunghi aumentano la tensione indotta e riducono le prestazioni di protezione. |
| Messa a terra | Attenersi alle normative locali e al progetto di messa a terra. È preferibile un'impedenza inferiore. | Le prestazioni dell'SPD dipendono da un percorso di scarica affidabile. |
| Percorso dei cavi | Evitare ampi anelli. Disporre i conduttori positivo, negativo, PE e di collegamento con cura. | Gli anelli ampi aumentano la tensione di sovratensione indotta. |
| Separazione AC/DC | Utilizzare SPD AC e DC separati in base al tipo di circuito. | Il comportamento delle sovratensioni AC e DC è differente. |
| Segnale remoto | Utilizzare contatti di segnalazione remota laddove sia richiesto il monitoraggio della manutenzione. | Aiuta gli operatori a identificare il guasto dell'SPD prima che si verifichino danni all'inverter. |
Errori comuni nella protezione contro le sovratensioni degli inverter solari
Questi errori sono comuni nei progetti fotovoltaici e possono ridurre le prestazioni di protezione o creare rischi per la sicurezza.
| Errore | Perché è un problema | Approccio corretto |
|---|---|---|
| Installazione di SPD solo sul lato CA | L'ingresso CC dell'inverter rimane esposto alle sovratensioni delle stringhe fotovoltaiche. | Proteggere entrambi i lati, CC e CA, in base alla configurazione dell'impianto. |
| Utilizzo di SPD CA sul lato CC | I dispositivi CA potrebbero non interrompere o gestire in sicurezza il comportamento della corrente continua fotovoltaica. | Utilizzare SPD CC specifici per circuiti fotovoltaici. |
| Installazione dell'SPD troppo lontano dall'inverter | I cavi lunghi aumentano la tensione residua sull'apparecchiatura protetta. | Installare l'SPD vicino ai terminali dell'inverter o all'apparecchiatura da proteggere. |
| Ignorare la lunghezza del cavo tra il campo fotovoltaico e l'inverter | I cavi lunghi possono captare l'energia delle sovratensioni indotte. | Prevedere SPD sia nel quadro di parallelo che all'ingresso dell'inverter per le lunghe tratte. |
| Scegliere un SPD basandosi solo sul prezzo | Un SPD sottodimensionato può guastarsi precocemente o fornire una protezione insufficiente. | Verificare tensione, tipo, capacità di scarica, standard e applicazione. |
Diversi scenari di inverter solari
La stessa parola chiave, “protezione contro le sovratensioni per inverter solari”, può riferirsi a diversi tipi di progetto. Una buona progettazione deve corrispondere allo scenario reale dell'inverter.
Inverter residenziale o per piccole attività commerciali
Solitamente richiede un SPD CC di Tipo 2 sul lato ingresso FV e un SPD CA sul lato uscita. Concentrarsi sulla corretta tensione nominale, sul cablaggio breve e su una messa a terra affidabile.
Inverter di stringa multipli
La protezione è spesso richiesta nelle scatole di giunzione, negli ingressi degli inverter e nei quadri di distribuzione CA. La lunghezza dei cavi e il raggruppamento degli inverter diventano importanti.
Impianto solare o sistema a campo aperto
Un'elevata esposizione può richiedere una protezione CC di Tipo 1+2 sul lato campo, coordinata con gli SPD lato inverter e lato CA.
Lista di controllo per l'acquirente prima di scegliere un SPD per inverter solare
Prima di richiedere un preventivo o selezionare un modello, preparare le seguenti informazioni. Ciò consente di evitare tensioni errate, tipologie non idonee o configurazioni dei poli non corrette.
- Tensione CC massima dell'impianto FV: 600V, 1000V, 1200V o 1500V
- Tipo di inverter: stringa, centrale, ibrido o off-grid
- Luogo di installazione: quadro di parallelo (combiner box), ingresso inverter, uscita CA o quadro di distribuzione
- Esposizione ai fulmini: tetto, campo aperto, montagna, zona costiera o area ad alta densità di fulmini
- Tipo di SPD richiesto: Tipo 2 o Tipo 1+2
- Configurazione dei poli richiesta
- Necessità di contatto di segnalazione remota
- Normativa applicabile e requisiti di certificazione
- Quantità d'ordine prevista ed esigenze OEM/private label
Soluzioni SPD consigliate per la protezione degli inverter solari
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Visualizza SPD per guida DINFAQ: Protezione dalle sovratensioni per inverter solari
I inverter solari hanno bisogno di protezione da sovratensioni?
Sì. Gli inverter solari sono esposti a sovratensioni sia dal lato CC fotovoltaico che dal lato rete CA. Gli SPD CC e CA aiutano a ridurre il rischio di danni all'inverter causati da fulmini e transitori di commutazione.
Dove deve essere installato l’SPD per un inverter solare?
Gli SPD vengono comunemente installati nel quadro di combinazione fotovoltaico, sull’ingresso CC dell’inverter e sull’uscita CA dell’inverter o in prossimità del quadro di distribuzione CA. La configurazione esatta dipende dalla lunghezza dei cavi, dalla tensione del sistema e dall’esposizione ai fulmini.
Dovrei utilizzare un SPD CC o un SPD CA per un inverter solare?
Utilizzare un SPD CC sul lato ingresso FV e un SPD CA sul lato uscita dell'inverter. Non utilizzare un SPD CA sul lato FV in CC.
Quale tipo di SPD viene utilizzato per la protezione degli inverter solari?
L'SPD di tipo 2 è comunemente utilizzato per la protezione standard degli inverter FV. L'SPD di tipo 1+2 viene utilizzato quando il sito è soggetto a un'elevata esposizione ai fulmini, dispone di protezione esterna contro i fulmini o presenta requisiti di progetto più rigorosi.
È necessario un SPD CC da 1000V o 1500V?
Scegliere in base alla tensione CC massima dell'impianto fotovoltaico. Un impianto fotovoltaico da 1500V richiede un SPD CC adatto ad applicazioni fotovoltaiche da 1500V. Verificare sempre la tensione di stringa e la correzione della temperatura.
Un singolo SPD può proteggere l'intero sistema di inverter fotovoltaico?
Di solito no. Un sistema completo potrebbe necessitare di protezione in più punti, specialmente quando i cavi CC sono lunghi o il sito è altamente esposto ai fulmini.
Perché la lunghezza del cavo è importante per la protezione dalle sovratensioni dell'inverter?
I cavi lunghi possono captare energia da sovratensioni indotte e aumentare la tensione residua. I cavi dell'SPD devono essere corti e diritti, e lunghe tratte di cavi fotovoltaici potrebbero richiedere protezione su entrambe le estremità.
Quali informazioni devo fornire per selezionare l'SPD corretto?
Fornisci la tensione del sistema fotovoltaico, il tipo di inverter, il luogo di installazione, la lunghezza del cavo, l'esposizione ai fulmini, il tipo di SPD richiesto e se sono necessari la segnalazione remota o l'etichettatura OEM.
Hai bisogno di aiuto per selezionare l'SPD per il tuo progetto di inverter solare?
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