Il ruolo critico dei dispositivi di protezione Surge (SPD) nelle scatole di combinatore fotovolta

Introduzione: il nucleo vulnerabile degli array fotovoltaici

Le scatole del combinatore fotovoltaico fungono da sistema nervoso delle centrali solari, raccogliendo più uscite di stringhe DC prima di darle da mangiare agli inverter. Questi nodi critici sono costantemente esposti a minacce da fulmini e ondate elettriche che possono paralizzare interi sistemi fotovoltaici. I dispositivi di protezione di aumento di alta qualità (SPD) agiscono come prima linea di difesa, salvaguardando attrezzature per un valore di centinaia di migliaia di dollari.

Capitolo 1: Perché gli SPD sono essenziali per i sistemi fotovoltaici

1.1 Vulnerabilità uniche degli array fotovoltaici

Esposizione costante: i sistemi sul tetto e sul terreno sono naturalmente esposti a scarichi atmosferici.

Rischi del circuito DC: a differenza dei sistemi CA, gli archi DC mancano di punti naturali zero, rendendo gli eventi di aumento più pericolosi.

Elettronica sensibile: i componenti nei moderni inverter possono essere danneggiati da tensioni solo il 20% al di sopra del valore nominale.

1.2 Conseguenze della protezione inadeguata

Danno immediato: il 72% degli errori di inverter può essere ricondotto alle aspre di tensione (rapporto Solledge 2023).

Degrado nascosto: le spese minori ripetute possono ridurre la durata del modulo fino al 30%.

Rischi di incendio: i guasti ARC DC rappresentano il 43% degli incendi correlati al solare (dati NFPA 2022).

Capitolo 2: Considerazioni chiave per la selezione SPD nelle applicazioni fotovoltaiche

2.1 Parametri delle prestazioni critiche

Tensione nominale: ≥1,2 volte la tensione massima del sistema (per IEC 61643-31).

Corrente di scarico nominale (IN): ≥20ka per SPD di tipo 1 (per UL 1449, 4a edizione).

Corrente di scarico massima (IMAX): ≥40KA (per IEC 61643-11).

Tempo di risposta: <25 nanosecondi (per EN 50539-11).

Temperatura operativa: da -40 ° C a +85 ° C (per UL 96A).

2.2 tipi SPD per diverse applicazioni

Tipo 1 (Classe I): per le posizioni con rischi di sciopero dei fulmini diretti (ad es. Sistemi sul tetto).

Tipo 2 (Classe II): per protezione secondaria (ad es. Sistemi commerciali montati sul terreno).

Tipo 1+2 combinato: ideale per grandi piante in scala di utilità.

Modelli specifici per DC: progettato per applicazioni fotovoltaiche con segni di polarità.

Capitolo 3: Best practice per l'installazione

3.1 Posizionamento strategico

Punti di installazione obbligatori:

Terminali di input della scatola del combinatore (per stringa).

A monte delle disconnessioni DC.

Terminali di input DC Inverter.

Punti di protezione aggiuntivi consigliati:

Combiners secondari.

Lungo le lunghe corse del cavo (> 30 metri).

3.2 Standard di cablaggio

Dimensione del conduttore: minimo 6 mm² di rame (per 20KA SPD).

Lunghezza del percorso: conservare le connessioni SPD <0,5 metri.

Requisiti di messa a terra: utilizzare conduttori di messa a terra dedicati (≥10 mm²).

Topologia di connessione: configurazione a stella per evitare loop di terra.

Capitolo 4: criteri di manutenzione e sostituzione

4.1 Manutenzione preventiva

Controlli trimestrali:

Ispeziona Windows dell'indicatore di stato (verde/rosso).

Eseguire la termografia a infrarossi (aumento della temperatura <15K).

Registra contatori di sciopero Lightning (se equipaggiato).

Test annuali:

Test di resistenza all'isolamento (> 1 MΩ).

Misurazione della resistenza al suolo (<10 Ω).

Test di tensione residuo da parte dei professionisti.

4.2 Linee guida per la sostituzione

Trigger di sostituzione immediata:

Danno fisico visibile (crepe, segni di bruciatura).

L'indicatore di stato diventa rosso.

Il conteggio degli scioperi del fulmine supera il valore nominale.

Test delle prestazioni non riuscite.

Intervalli di sostituzione consigliati:

Aree costiere: 5 anni.

Zone ad alta luce: 7 anni.

Regioni standard: 10 anni.

Capitolo 5: idee sbagliate comuni e raccomandazioni di esperti

5.1 I malintesi tipici

Mito: "I parafulmini eliminano la necessità di SPD."

Fatto: i parafulmini proteggono solo dagli scioperi diretti, non in aumento indotto.

Trappola dei costi: utilizzando SPDS AC non PV specifici.

Conseguenza: l'incapacità di interrompere DC segue le correnti.

5.2 Consigli di esperti

Adotta un'architettura di protezione a tre livelli: SPD nell'array, nella scatola combiner e nei livelli di inverter.

Scegli modelli con contatti di segnalazione remoto per l'integrazione con i sistemi di monitoraggio.

Per i sistemi da 1500 V, verificare la capacità di rottura DC dell'SPD.

Rivalutare la capacità SPD esistente durante le espansioni del sistema.

Man mano che le tensioni del sistema fotovoltaico aumentano a 1500 V, la tecnologia SPD di prossima generazione si sta evolvendo con tre tendenze chiave: un assorbimento di energia più elevato (fino a 100KA), funzionalità di avvertimento più intelligenti (monitoraggio abilitato all'IoT) e progetti modulari più compatti. La selezione di prodotti certificati da TUV Rheinland per applicazioni fotovoltaiche e seguendo gli standard IEC 62305 per la protezione a livello di sistema garantisce che gli impianti fotovoltaici possano resistere ai fulmini durante la durata della vita di 25 anni. Remember: In PV safety, high-quality surge protection isn’t an expense—it’s the most cost-effective risk mitigation investment.