Un sistema eficaz Protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos no sólo garantiza el funcionamiento a largo plazo y la conservación del valor del sistema, sino que también contribuye de forma significativa a la seguridad operativa. Las sobretensiones pueden dañar gravemente los componentes eléctricos de un sistema fotovoltaico, ya sean causadas por rayos directos o cercanos, por operaciones de conmutación en la red eléctrica o por cambios de carga internos. Inversores defectuosos, módulos destruidos o incluso incendios son posibles consecuencias. Además de los riesgos para la seguridad, las pérdidas económicas debido a reparaciones y paradas de producción.
Seccionador y protección contra sobretensiones
En general, la protección contra sobretensiones y Seccionador componentes esenciales de un sistema fotovoltaico. Sin embargo, tienen finalidades diferentes. Los seccionadores se utilizan para desconectar circuitos de forma segura, por ejemplo, para trabajos de mantenimiento o en caso de avería. Desconectan eléctricamente la instalación fotovoltaica de la red o del inversor y permiten así trabajar con seguridad en la instalación. Se trata de interruptores puramente mecánicos sin función de protección contra sobretensiones. La protección contra sobretensiones, por el contrario, protege los componentes eléctricos de picos de tensión peligrosos y descarga a tierra a la velocidad del rayo esas sobretensiones breves pero potencialmente destructivas.
¿Qué es una sobretensión?
Una sobretensión se produce cuando la tensión eléctrica de un sistema supera brevemente el valor máximo permitido, a menudo en un múltiplo de la tensión de funcionamiento normal. Esta Picos de tensión son de corta duración, pero pueden daños considerables causas. Las causas de las sobretensiones pueden dividirse a grandes rasgos en dos categorías:
1. sobretensiones atmosféricas
Las influencias atmosféricas incluyen sobre todo Rayos. Un rayo directo sobre un sistema fotovoltaico o sus alrededores puede Impulsos de tensión extremos causa. Pero incluso un impacto lejano basta para inducir tensiones peligrosas en los cables a través de campos electromagnéticos. Esto se conoce como Tensiones de impulso del rayo. Son especialmente energéticos y tienen un tiempo de subida muy pronunciado.
2. sobretensiones relacionadas con la red
Las sobretensiones relacionadas con la red, por su parte, están causadas por procesos en la red eléctrica o en el propio sistema eléctrico. Los desencadenantes típicos son la conmutación grandes cargas eléctricas, Tecla cortae o Efectos de resonanciadonde las oscilaciones eléctricas pueden acumularse y amplificarse en la red. Las llamadas Tensiones de impulso de conmutación suelen tener energías más bajas, pero también son potencialmente dañinas.
Una tercera categoría está representada por los denominados Sobretensiones temporales (TOV - Temporary Overvoltage). Se producen por aumentos prolongados de tensión, por ejemplo como consecuencia de un fallo del conductor neutro, y también pueden causar daños considerables debido a su duración.
Normas y directrices para la protección contra sobretensiones en sistemas fotovoltaicos
La protección contra sobretensiones de los sistemas fotovoltaicos está sujeta a un gran número de normativas técnicas que abarcan diversos aspectos de la planificación, la instalación, el funcionamiento y el mantenimiento. En el centro de todo ello se encuentra la norma DIN VDE 0100-712, que es la norma general que resume todos los requisitos para las instalaciones eléctricas de los sistemas fotovoltaicos. Se refiere tanto a la parte de corriente continua como a la de corriente alterna y remite a otras normas pertinentes, en particular sobre medidas de protección contra sobretensiones, sistemas de protección contra rayos y obligaciones de ensayo.
Es fundamental que los operadores, planificadores e instaladores comprendan las normas pertinentes en su contexto y las apliquen correctamente, no sólo para cumplir los requisitos legales, sino también para garantizar la seguridad técnica operativa y la asegurabilidad del sistema. La siguiente tabla ofrece una visión estructurada de las normas y directivas más importantes en el contexto de la protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos:
| Norma / directriz | Área temática | Ámbito de aplicación | Características especiales |
| DIN VDE 0100-712 (2019) | Seguridad eléctrica de los sistemas fotovoltaicos | Lado de CC y CA (módulos, inversores, unidades de almacenamiento, cables, dispositivos de desconexión, etc.) | Norma básica para instalaciones fotovoltaicas, también regula la integración de la protección contra sobretensiones |
| DIN VDE 0100-443 (obligatorio desde 12/2018) | Obligación de protección contra sobretensiones | Edificios con sistemas fotovoltaicos (residenciales, comerciales, públicos) | La protección contra sobretensiones es obligatoria si existe riesgo para la vida, la propiedad o los sistemas informáticos. |
| DIN VDE 0100-534 | Realización de la protección contra sobretensiones | Selección, instalación y coordinación de SPD (dispositivos de protección contra sobretensiones) | Regula los detalles técnicos: nivel de protección, selección del tipo, ubicación de la instalación, tendido de cables |
| DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 | Protección contra rayos (externa/interna) | Edificios con sistemas externos de protección contra el rayo | El suplemento 5 contiene información específica sobre la integración de la energía fotovoltaica en los sistemas de protección contra el rayo. |
| DIN EN 62305-2 / VDE 0185-305-2 | Análisis de riesgos | Todos los edificios, opcionalmente antes de la instalación de un sistema de protección contra el rayo | Determinar si es necesario un sistema de protección contra el rayo y en qué medida. |
| DIN VDE 0100-600 | Inspección inicial de los sistemas eléctricos | Sistemas fotovoltaicos existentes | Inspección periódica, documentación y mantenimiento del sistema de protección contra sobretensiones |
| DIN VDE 0126-23-1 | Funcionamiento y mantenimiento | Sistemas fotovoltaicos existentes | Inspección periódica, documentación y mantenimiento del sistema de protección contra sobretensiones |
| Directrices VdS (por ejemplo, VdS 2010, 3145) | Recomendaciones de suscripción | Especialmente para sistemas instalados en el suelo o tejados con materiales de construcción inflamables | Requisitos complementarios del sector asegurador para la minimización de riesgos y la protección contra incendios |
Conceptos de protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos
Protección eficaz contra sobretensiones para Sistemas fotovoltaicos asegurados no se basa en dispositivos individuales, sino en un concepto global bien pensado. Para ello se tiene en cuenta la estructura espacial del sistema, el tipo de conexión, la presencia de un sistema externo de protección contra el rayo y los requisitos individuales de seguridad y disponibilidad. Un elemento central es el denominado Protección multiniveles decir, la combinación de diferentes dispositivos de protección con un comportamiento protector coordinado:
Protección gruesa (tipo 1): Se utiliza si se dispone de un sistema externo de protección contra rayos o si es necesario tras un análisis de riesgos. Es capaz de descargar de forma segura corrientes de rayo muy elevadas antes de que puedan alcanzar los sistemas aguas abajo. Lugar de instalación típico: cuadro de distribución principal o punto de entrada de corriente de rayo.
Protección del centro (tipo 2): Se utiliza para descargar sobretensiones inducidas o conmutadas y se emplea independientemente de un sistema externo de protección contra rayos en casi todos los sistemas fotovoltaicos. Protege equipos sensibles como inversores, almacenamiento de baterías o electrónica de control. Lugar de instalación típico: cuadro de subdistribución, caja de conexiones del inversor o del generador.
Protección fina (tipo 3): Complementa el concepto de protección con la protección local de dispositivos terminales, especialmente para componentes electrónicos especialmente sensibles. Para ello es necesaria la coordinación con descargadores de tipo 2. Uso típico: directamente aguas arriba de unidades de comunicación o control.
Un concepto de protección siempre empieza con un Análisis de riesgos¿Hay protección externa contra rayos? ¿El edificio está situado en una zona propensa a los rayos? ¿Qué clases de protección se requieren? ¿Cuáles son las longitudes de los cables y las diferencias de potencial? Estos factores se utilizan para decidir qué medidas de protección son necesarias y dónde deben colocarse los dispositivos de protección.
No sólo es crucial la selección de los componentes adecuados, sino también su instalación profesional: tendidos de cable lo más cortos posible, coordinación correcta entre los niveles de protección, puesta a tierra adecuada e igualación de potencial. Sólo si todos los niveles de protección están armonizados se puede reducir eficazmente la energía de una sobretensión y limitar las tensiones residuales nocivas a un nivel inocuo.
Componentes de protección contra sobretensiones en sistemas fotovoltaicos
Para proteger eficazmente los sistemas fotovoltaicos contra sobretensiones y rayos se utilizan diversos componentes técnicos. Están especialmente adaptados a los requisitos de los lados de CC y CA, así como a las líneas de comunicación y datos. Los denominados Descargador de sobretensiones (SPD - Surge Protective Devices) según el tipo 1-3 se encuentran entre los dispositivos más importantes.
Protección externa contra rayos (si es necesario)
La protección externa contra el rayo se utiliza si lo exige un análisis de riesgos o si el edificio ya dispone de un sistema adecuado. El objetivo es interceptar específicamente los rayos directos y conducirlos de forma segura a tierra. Esto incluye dispositivos de interceptación como varillas o cables en puntos expuestos, conductores de bajada para el encaminamiento seguro de la corriente y un sistema de puesta a tierra bien dimensionado. Estas medidas protegen principalmente el tejido del edificio y sirven para protección estructural contra incendios - Los componentes electrónicos sensibles de la instalación fotovoltaica requieren una protección interna adicional contra sobretensiones. Protección contra sobretensiones para líneas de comunicación y datos
Dispositivos de protección contra sobretensiones (protección interna contra rayos)
Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) protegen Material eléctrico contra las consecuencias de impactos indirectos de rayo y sobretensiones de conmutación. Se distinguen tres tipos en función del lugar de utilización y los requisitos de protección: el tipo 1 (descargador de corrientes de rayo) descarga las corrientes de rayo elevadas y se utiliza principalmente en la entrada del edificio. El tipo 2 (descargador de sobretensiones) protege contra sobretensiones de conmutación y a distancia y se utiliza en armarios de contadores, cuadros de distribución o en inversores. El tipo 3 (protección fina) complementa al tipo 2 para proteger dispositivos especialmente sensibles, como los componentes de comunicación. En los sistemas fotovoltaicos suele ser necesaria una combinación armonizada de los tres tipos.
Diferencias entre los dispositivos de protección del lado de CC y de CA de los sistemas fotovoltaicos
Los sistemas fotovoltaicos funcionan tanto con corriente continua (CC) en el lado de los módulos solares como con corriente alterna (CA) tras su conversión en el inversor. La protección contra sobretensiones es necesaria en ambos lados. siempre obligatorio. Dependiendo del tipo de tensión, los dispositivos de protección difieren significativamente en su diseño, funcionalidad y requisitos técnicos.
En el Lado CC - es decir, entre los módulos solares, las cadenas y el inversor, el flujo de corriente permanece constante en una dirección. Al desconectar, esto puede dar lugar a un arco estable difícil de extinguir. Por ello, los dispositivos de protección de CC deben disponer de mayores distancias de contacto, cámaras especiales de extinción de arcos u otras medidas técnicas para interrumpir este arco de forma segura. Además, los dispositivos de CC están polarizados, es decir, están claramente marcados con "+" y "-" y deben instalarse según la dirección de la corriente. Los lugares típicos de instalación son las cajas de conexiones de los generadores o las cajas de ramales en las inmediaciones de los módulos. Para tramos de cable más largos -por ejemplo, de más de 10 metros- entre el generador solar y el inversor, se recomienda utilizar dispositivos de protección adicionales.
En el Lado CA - aguas abajo del inversor, es decir, en la zona de la alimentación de red, los cruces por cero periódicos de la corriente alterna facilitan la extinción del arco. Por ello, los dispositivos de protección como los disyuntores en miniatura o los descargadores de sobretensión suelen tener un diseño más compacto en esta zona. Por lo general, no están polarizados y suelen estar marcados con "Línea" y "Carga" para diferenciar entre el lado de entrada y el de salida. Suelen instalarse en el armario del contador, en subdistribuidores o directamente en la salida de CA del inversor.
Componentes adicionales
En el lado de CC aguas arriba del inversor, suele haber Cajas de conexiones de generadores con protección integrada contra sobretensiones. Interruptor diferencial (RCD) están instalados en el lado de CA para garantizar la protección personal y del sistema en caso de corrientes de fallo. Sog. Descargador combinado (tipo 1+2+3) ofrecen protección contra corrientes de rayo y sobretensiones en un solo dispositivo y se instalan en el lado de CA, especialmente en edificios con un sistema externo de protección contra rayos. Por último, un Protección contra sobretensiones para cables de datos Daños y picos de tensión en las líneas de vigilancia, control y comunicación.
Criterios de selección de componentes de protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos
La selección de los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) adecuados requiere una cuidadosa coordinación con las condiciones técnicas del sistema fotovoltaico. Varios criterios son decisivos en este sentido: El Tensión nominal (Uc) debe coincidir con la tensión del sistema -ya sea en el lado de CC o de CA- y tener en cuenta los posibles picos de tensión en caso de avería. El sitio Capacidad de transporte de corriente de choque (Iimp para el tipo 1, Imax para el tipo 2) indica las corrientes de rayo o sobretensión que el aparato puede descargar sin sufrir daños. Igualmente importante es el Nivel de protección (Arriba)La tensión máxima que el dispositivo deja pasar cuando responde: este valor debe ser inferior a la rigidez dieléctrica de los dispositivos terminales que se desea proteger. Además, el transformador utilizado debe cumple las normas y cumplen la norma DIN EN 61643-11. Especialmente para sistemas fotovoltaicos DC-CNC diseñados para las respectivas tensiones de cadena y la capacidad de transporte de corriente requerida.
Instalación y colocación
La correcta instalación y colocación de los dispositivos es crucial para una protección eficaz. En principio, se aplica lo siguiente: El más corto los recorridos de los cables entre los dispositivos de protección y los componentes que deben protegerse, menor es el riesgo sobretensiones inducidas. Especialmente en el lado de CC, a Conexión a tierra de baja impedancia son esenciales para poder conducir a tierra de forma fiable las corrientes descargadas. Los lugares de instalación dependen de los requisitos de protección respectivos: En el Lado CC Los transductores suelen instalarse en la caja de cadenas y en la entrada del inversor. En la Lado CA encuentran su lugar en el armario de contadores y -dependiendo del tamaño del sistema- en los cuadros de subdistribución. También Líneas de comunicaciónpara conexiones Ethernet o RS485, por ejemplo, deben estar protegidos por Dispositivos de protección independientes para proteger registradores de datos, controladores o unidades de monitorización remota contra daños por sobretensión.
Mantenimiento de la protección contra sobretensiones
La protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos es Bajo mantenimientopero no exentos de mantenimiento. Como los componentes disipan energía eléctrica con cada sobretensión, están sujetos a un desgaste natural. Por tanto, las inspecciones visuales periódicas y las pruebas de funcionamiento son esenciales para garantizar una protección a largo plazo. Los sistemas modernos tienen óptico o Indicadores electrónicos de estadoque indican el estado actual del dispositivo. Sobre todo después de tormentas eléctricas o fallos conocidos de la red, es aconsejable realizar una comprobación específica de los dispositivos de protección, especialmente en el caso de las instalaciones situadas en regiones propensas a los rayos. El sitio Documentación es importante: ayuda a identificar posibles puntos débiles en una fase temprana y, al mismo tiempo, cumple los requisitos de las normas y las pólizas de seguros. Por tanto, un concepto de mantenimiento predictivo aumenta la fiabilidad operativa y la vida útil de todo el sistema fotovoltaico.
Conclusión
Una protección eficaz contra sobretensiones no sólo es esencial para el funcionamiento seguro y económico de los sistemas fotovoltaicos, sino que a menudo es también un requisito previo básico para su realización. Las aseguradoras exigen un concepto de protección contra sobretensiones bien pensado ya en la fase de planificación, especialmente en el caso de grandes sistemas comerciales. Sólo así es posible controlar técnicamente y proteger económicamente contra los riesgos derivados de rayos, eventos de red o fallos internos. Un concepto de protección multinivel y conforme a las normas, combinado con una instalación profesional y un mantenimiento periódico, garantiza la seguridad de funcionamiento, la disponibilidad y el mantenimiento del valor del sistema a largo plazo.