Con il rapido sviluppo del settore globale delle nuove energie, il fotovoltaico (PV) è diventato una soluzione di energia pulita ampiamente utilizzata per imprese, parchi industriali, edifici commerciali e clienti residenziali. Tuttavia, rispetto ai sistemi di distribuzione tradizionali, gli impianti fotovoltaici sono spesso installati sui tetti degli edifici, in spazi aperti o in grandi impianti fotovoltaici, esponendoli a un’esposizione prolungata all’ambiente naturale, rendendoli più vulnerabili ai fulmini e alle sovratensioni della rete.
In qualità di produttori di dispositivi di protezione da sovratensione (SPD), abbiamo scoperto che molti guasti degli impianti fotovoltaici non hanno origine dai moduli stessi, ma da sovratensioni transitorie che danneggiano inverter, dispositivi di monitoraggio o sistemi di comunicazione. Pertanto, nella progettazione moderna dei progetti fotovoltaici, i limitatori di sovratensione non sono più un optional, ma un componente importante per garantire il funzionamento sicuro del sistema.
Allora perché gli impianti fotovoltaici devono avere dispositivi di protezione dalle sovratensioni? Questo articolo analizzerà tutto ciò dal punto di vista dell’applicazione pratica.
1. I sistemi fotovoltaici sono più suscettibili agli impatti dei fulmini
A differenza delle apparecchiature elettriche interne convenzionali, la maggior parte delle apparecchiature di un impianto fotovoltaico vengono installate all'aperto per lunghi periodi di tempo.
Per esempio:
Moduli fotovoltaici
Scatola combinatrice
Sistema a dondolo
Cavi CC
Invertitore
Di solito si trovano in una vasta area e vicino al punto più alto dell'edificio.
Quando cade un fulmine, per induzione elettromagnetica può essere generata una potente sovratensione, anche se non colpisce direttamente l'impianto fotovoltaico.
Questa sovratensione transitoria si propaga rapidamente lungo il circuito e influisce gravemente sulle apparecchiature del sistema.
Pertanto, l’impianto fotovoltaico è uno scenario applicativo tipico con elevato rischio di fulmini.
2. Protezione delle apparecchiature principali come gli inverter
Gli inverter sono spesso uno dei dispositivi più preziosi e critici dell'intero sistema fotovoltaico.
La sua funzione principale è convertire la corrente continua (DC generata dal gruppo fotovoltaico in corrente alternata e collegarla alla rete elettrica.
Tuttavia, l'inverter incorpora un gran numero di componenti elettronici sofisticati.
Per esempio:
Moduli IGBT
Circuito di controllo
Modulo di comunicazione
Sistema di monitoraggio
Questi componenti elettronici sono altamente sensibili alle sovratensioni.
Una volta colpito dall’impennata, può portare a:
Arresto del sistema
Interruzione della comunicazione
Perdita di potenza
Danni all'attrezzatura
L'installazione di dispositivi di protezione da sovratensione può ridurre efficacemente le sovratensioni transitorie sull'inverter.
3. Prevenire danni ai moduli fotovoltaici e ai combiner box
Molte persone pensano che i fulmini colpiscano solo l’inverter.
In effetti, anche i componenti fotovoltaici e i quadri elettrici sono a rischio. In particolare, nei progetti di energia terrestre su larga-scala:
Ampia area di impianti fotovoltaici;
Lunghezza del cavo
Alto rischio di innescare fulmini
Mentre la sovratensione viaggia lungo la linea DC, può portare a:
Prestazioni del modulo degradate
scatole combinatrici
Terminali di incenerimento
I dispositivi di protezione da sovratensione lato CC possono rilasciare rapidamente energia prima che una sovratensione entri nel dispositivo, riducendo il rischio di danni.
4.Ridurre i tempi di inattività del sistema e le perdite di produzione di energia
Per i progetti fotovoltaici commerciali e industriali, i tempi di inattività del sistema significano una perdita economica diretta.
Per esempio:
Diminuzione dei ricavi derivanti dalla produzione di energia
Interruzione della produzione
Aumento dei costi di manutenzione
Se un'apparecchiatura critica viene danneggiata da una sovratensione, la riparazione e la sostituzione spesso richiedono molto tempo.
Quando si verifica una sovratensione, l'SPD reagisce rapidamente per limitare la sovratensione a un intervallo di sicurezza.
Ciò aiuta a migliorare la continuità del sistema e a ridurre il rischio di tempi di inattività imprevisti.
5. Gli impianti fotovoltaici sono a rischio sia in AC che in DC
Rispetto al sistema energetico ordinario, il sistema fotovoltaico ha una struttura più unica.
Include:
Lato CC
Include:
Moduli Fotovoltaici
Stringhe Fotovoltaiche
Scatola combinatrice
Ingresso inverter
Lato Comunicante
Include:
Uscita inverter
Armadi di distribuzione
Sistema di generazione di rete connessa
I temporali possono entrare nel sistema sia dal lato DC che da quello AC.
Pertanto, una soluzione completa di protezione contro i fulmini fotovoltaici richiede solitamente:
SPD CC
SPD CA
Doppia protezione.
Questo crea un intero sistema di protezione.
6. Conformità alle specifiche industriali e ingegneristiche
Con la crescente regolamentazione del settore fotovoltaico, sempre più paesi e regioni richiedono che i progetti siano dotati di misure di protezione contro le sovratensioni.
In particolare:
Progetti fotovoltaici commerciali e industriali
Grandi centrali elettriche-installate a terra
Impianti fotovoltaici negli edifici pubblici
In fase di progettazione è solitamente necessario considerare:
Valutazione del rischio fulmini
Schema di configurazione SPD
Progettazione del sistema di messa a terra
I requisiti standard non solo aiutano a migliorare la sicurezza del sistema, ma migliorano anche il tasso di accettazione del progetto.
7. Protezione dei sistemi di sorveglianza e di comunicazione
I moderni impianti fotovoltaici non si affidano solo al funzionamento di apparecchiature per la produzione di energia, ma richiedono anche un gran numero di apparecchiature di monitoraggio intelligenti.
Per esempio:
Dispositivi di acquisizione dati
Sistemi di monitoraggio ambientale
Modulo di comunicazione
Piattaforme di monitoraggio remoto
Questi dispositivi in genere utilizzano componenti elettronici a bassa-tensione.
Sono più vulnerabili alle sovratensioni rispetto alle apparecchiature elettriche.
Pertanto, la protezione contro le sovratensioni non solo protegge il sistema di generazione di energia stesso, ma protegge anche il funzionamento stabile dell'intera rete di monitoraggio.
8. Migliorare il ritorno complessivo sull'investimento del sistema
Dal punto di vista dell’investimento del progetto, il costo dei limitatori di sovratensione rappresenta solitamente una piccola frazione dell’investimento totale nei sistemi fotovoltaici.
Tuttavia, il valore che apportano è enorme.
Include:
Ridurre il rischio di danni alle apparecchiature
Costi di manutenzione inferiori
Aumentare la disponibilità del sistema
Estensione della durata di vita delle apparecchiature
Migliorare la stabilità dei proventi della produzione di energia elettrica
Una configurazione ragionevole dell'SPD rappresenta un investimento-efficace in termini di costi per gli impianti fotovoltaici con una durata di progetto superiore a 20 anni.
Perché sempre più progetti fotovoltaici enfatizzano le configurazioni SPD?
Con il crescente livello di intelligenza degli inverter e l'espansione delle centrali fotovoltaiche, aumentano anche il valore delle apparecchiature e la complessità del sistema.
In caso di danni da sovratensione, non si causerà solo il guasto di una singola apparecchiatura, ma si influenzerà anche il funzionamento dell'intero impianto.
Di conseguenza, sempre più progetti incorporano la protezione contro le sovratensioni nella loro progettazione complessiva fin dalle prime fasi della costruzione.
I limitatori di sovratensione (SPD) sono diventati importanti per i moderni sistemi fotovoltaici quanto gli interruttori automatici e i fusibili.
Conclusione:
Gli impianti fotovoltaici funzionano all'aperto per lungo tempo e sono esposti a rischi come fulmini, fluttuazioni della rete e sovratensioni indotte. L'installazione di dispositivi di protezione da sovratensione non solo protegge gli inverter, i componenti fotovoltaici e le apparecchiature di monitoraggio dai danni da sovratensione, ma riduce anche i tempi di inattività, riduce i costi di manutenzione e migliora l'affidabilità a lungo termine dei sistemi di generazione di energia. La corretta configurazione dei limitatori di sovratensione lato CA è diventata un passaggio fondamentale per i proprietari che desiderano garantire un funzionamento sicuro e un ritorno sull'investimento per i progetti fotovoltaici.
FAQ Gli impianti fotovoltaici necessitano di dispositivi di protezione dalle sovratensioni?
Per la maggior parte dei progetti fotovoltaici, si consiglia di installare dispositivi di scarica per scopi speciali, soprattutto in sistemi esterni e aree con elevata attività di fulmini.
Quanti SPD richiede un impianto fotovoltaico?
Solitamente i limitatori di sovratensione devono essere installati su entrambi i lati CC e CA per formare un sistema di protezione completo.
I limitatori di sovratensione possono prevenire i fulmini diretti?
Gli SPD (rilevatori di tensione di sostegno) vengono utilizzati principalmente per limitare le sovratensioni causate dai fulmini. La protezione diretta dai fulmini richiede anche l'uso di parafulmini e sistemi di messa a terra.
Perché gli inverter fotovoltaici sono sensibili alle grandi onde?
Gli inverter contengono numerosi componenti elettronici che sono altamente sensibili alle sovratensioni transitorie e pertanto richiedono una protezione centralizzata.
L'SPD può continuare a proteggere le apparecchiature dopo un guasto?
No. Il sistema deve essere sostituito tempestivamente dopo la scadenza o il malfunzionamento. In caso contrario, il sistema perderà la sua effettiva capacità di protezione dalle sovratensioni.