Assegurar-se que els sistemes de panells solars estiguin protegits amb els dispositius de protecció adequats
Les instal·lacions de panells solars (PLTS) són cada cop més populars per la seva capacitat de reduir els costos d'electricitat, augmentar la independència energètica i assolir els objectius de reducció d'emissions. Tanmateix, molta gent se centra en la capacitat del mòdul i l'inversor, assumint que el sistema és automàticament segur un cop s'encén. Tanmateix, els sistemes d'energia solar, ja siguin connectats a la xarxa, híbrids o fora de la xarxa, funcionen amb corrents i voltatges potencialment perillosos i estan exposats a condicions exteriors com ara calor, pluja, llamps i humitat. Sense l'equip de protecció adequat, pot augmentar el risc de danys a l'equip, disminució del rendiment i fins i tot possibles incendis.
Aquest article tracta els principals dispositius de protecció que són importants per mantenir la fiabilitat i la seguretat dels sistemes de panells solars, com seleccionar-los i les pràctiques d'instal·lació adequades.
Per què és important la protecció del sistema d'energia solar?
Un sistema de panells solars consta de diversos components: mòduls fotovoltaics, cables de CC, una caixa combinadora, un inversor, bateries (si s'escau), un panell de distribució de CA i una connexió a la xarxa elèctrica. Cada component comporta riscos específics. Les sobretensions causades per llamps o commutacions, les sobreintensitats degudes a curtcircuits, els corrents de fuita, les connexions soltes que causen sobreescalfament i les interrupcions de la xarxa elèctrica poden causar danys costosos als components.
Més enllà de la protecció dels equips, la protecció també afecta directament la seguretat dels usuaris i tècnics. Els voltatges de corrent continu dels circuits del panell poden ser molt alts i perillosos perquè el corrent continu tendeix a ser més difícil d'interrompre que el corrent altern. Per tant, les mesures de seguretat s'han de dissenyar des del principi, no s'han d'afegir més tard.
1) Protecció contra sobrecorrent: fusible i MCB/MCCB
La funció principal de la protecció contra sobrecorrent és evitar que els cables i els equips s'escalfin a causa d'un corrent que superi la seva ampacitat. En els sistemes fotovoltaics, aquesta protecció normalment es col·loca tant al costat de CC com al de CA.
a) Fusible de CC per a la cadena del panell
Els fusibles s'utilitzen principalment en sistemes amb diverses cadenes paral·leles. Si una cadena té un defecte, el corrent de les altres cadenes pot fluir cap enrere i danyar la cadena defectuosa. Un fusible de cadena interromp aquest reflux. Feu servir un fusible dissenyat específicament per a la fotovoltaica de CC, ja que les capacitats d'extinció d'arc de la CC difereixen de les de la CA.
b) Interruptor magnetotèrmic/interruptor magnetotèrmic de corrent continu
Es requereix un interruptor automàtic de CC per a la protecció i/o la interrupció del circuit durant el manteniment. En alguns dissenys, els fusibles i els interruptors automàtics s'utilitzen junts segons calgui. L'interruptor automàtic de CC/interruptor automàtic ha de tenir una tensió nominal de CC suficient per a la tensió total de la cadena fotovoltaica.
c) Interruptor magnetotèrmic/interruptor magnetotèrmic de corrent altern
Al costat de sortida de l'inversor (CA), els MCB/MCCB protegeixen la línia de sobrecorrents i curtcircuits. L'elecció de la corba de desconnexió (per exemple, B/C/D) i la capacitat de tall s'han d'ajustar a les característiques de la càrrega i al possible corrent de fallada.
Nota important: No utilitzeu un interruptor magnetotèrmic de corrent altern en una línia de corrent continu. Tot i que puguin semblar "similars", els dispositius de corrent altern poden no interrompre l'arc de corrent continu i són perillosos.
2) Interruptor/aïllador de càrrega: Seccionador d'interruptor de CC
Un bon sistema fotovoltaic hauria de tenir un aïllant de CC que permeti desconnectar els panells de l'inversor durant inspeccions, emergències o interrupcions planificades. Un aïllant de CC es diferencia d'un MCB en què se centra en interrompre de manera segura el corrent de càrrega a tensions de CC elevades.
Els aïllants s'instal·len normalment:
– a prop de l'inversor (perquè el tècnic pugui desconnectar el CC abans del manteniment),
– o en una caixa combinadora segons el disseny.
Seleccioneu un aïllant amb les classificacions de voltatge i corrent adequades, els estàndards i certificacions pertinents i una carcassa adequada per a la ubicació d'instal·lació (interior/exterior).
3) Dispositiu de protecció contra sobretensions (SPD)
Els SPD són components crucials, especialment en zones propenses a llamps o amb xarxes elèctriques inestables. Les sobretensions poden provenir de dues direccions:
– del costat de CC (inducció de llamps al cable del panell/mòdul),
– del costat de CA (sobretensions de la xarxa o degudes a la commutació de grans càrregues).
Tipus comuns de SPD:
– SPD de corrent continu (SPD fotovoltaic): per al camí des del panell fins a l'inversor/caixa combinada.
– SPD CA: per a la sortida del panell de distribució/inversor de CA.
A la pràctica, els SPD sovint s'instal·len:
– a la caixa combinadora de CC,
– a prop de l'inversor,
– al panell principal de l'aire condicionat.
Perquè un SPD funcioni de manera òptima, és essencial un bon sistema de connexió a terra. El cable de connexió a terra de l'SPD també ha de ser el més curt i recte possible per reduir la impedància.
4) Protecció contra corrent de fuga: RCD/RCBO i monitorització d'aïllament
Al costat de CA, un RCD (dispositiu de corrent residual) o RCBO (una combinació de MCB i RCD) s'utilitza per protegir les persones de les descàrregues elèctriques causades per fuites de corrent a terra. Això és essencial tant per a instal·lacions residencials com comercials.
Tanmateix, en sistemes amb certs inversors, el tipus de RCD s'ha de seleccionar correctament (per exemple, tipus A o tipus B), ja que el corrent de fuita pot contenir un component de CC. Els inversors moderns sovint tenen recomanacions específiques; és obligatori seguir el manual del fabricant.
En certs sistemes, especialment els de major escala o fora de la xarxa, també es pot aplicar un dispositiu de monitorització d'aïllament per controlar la resistència d'aïllament al costat de CC.
5) Protecció de la bateria (per a sistemes híbrids/fora de la xarxa)
Si el sistema utilitza bateries (de liti o de plom-àcid), la protecció ha de ser més disciplinada perquè l'energia emmagatzemada és gran i el risc tèrmic és més elevat.
Dispositius de protecció comuns:
– Fusible/MCB de CC a prop de la bateria (protegeix el cable i evita corrents de fallada elevats).
– Interruptor de desconnexió de la bateria per a un fàcil manteniment.
– BMS (Sistema de gestió de bateries) especialment per a bateries de liti: regula l'equilibri, controla la temperatura, el voltatge de les cel·les, el corrent i es desconnecta quan les condicions no són segures.
– Protecció de la temperatura i ventilació: la sala de bateries necessita una circulació d'aire adequada, especialment per a certs tipus.
Idealment, la col·locació dels fusibles hauria de ser el més a prop possible dels terminals de la bateria (tenint en compte la seguretat mecànica) per minimitzar la longitud del cable desprotegit.
6) Posada a terra, connexió i protecció contra llamps externs
La connexió a terra és la base de la protecció. Hi ha dos aspectes principals:
– Posada a terra elèctrica: garantir que els corrents de fallada tinguin un camí segur fins a terra.
– Unió: unir peces metàl·liques (marc del panell, muntatge, carcassa) perquè tinguin el mateix potencial, reduint el risc de descàrrega i augmentant l'eficàcia de l'SPD.
A més, en llocs molt susceptibles a llamps (edificis alts, grans zones obertes), considereu sistemes externs de protecció contra llamps com ara parallamps i conductors de baixada, dissenyats segons les normes. La protecció externa contra llamps és diferent dels SPD; els dos es complementen.
7) Carcasses i connectors: petits detalls que determinen la seguretat
A més dels dispositius "principals", hi ha elements de suport que sovint es subestimen:
– Caixa combinadora amb classificació IP segons la ubicació (per exemple, IP65 per a exteriors).
– Connector de CC estàndard fotovoltaic (per exemple, compatibilitat del tipus de connector) per evitar un contacte fluix que provoqui calor.
– Prensaestopes, conductes i gestió de cables per evitar que els cables siguin pelats o mossegats pels animals.
– Etiquetatge i senyalització: els marcatges de "perill de CC", les indicacions dels aïlladors i els diagrames unifilars ajuden durant les inspeccions i les emergències.
Les connexions soltes són una causa freqüent de punts calents i possibles incendis. Per tant, la qualitat del connector, la tècnica d'engast i el parell d'apretament han de complir les especificacions.
Com triar l'equip de protecció adequat
Perquè la protecció no sigui només "hi", presteu atenció als principis següents:
1. Feu coincidir els valors nominals (tensió, corrent, capacitat de ruptura) amb el disseny del sistema, no amb les estimacions.
2. Utilitzeu un dispositiu fotovoltaic/de CC dedicat per al costat de CC.
3. Seguiu les normes i recomanacions del fabricant de l'inversor, especialment pel que fa a l'interruptor diferencial/dispositiu diferencial i la connexió a terra.
4. Assegureu-vos de la coordinació de la protecció: els dispositius propers a l'origen de la pertorbació s'han de disparar primer per minimitzar la zona de tall.
5. Presteu atenció a la qualitat i la certificació: els dispositius barats sense estàndards clars poden fallar quan es produeix una sobretensió o una avaria.
Manteniment i proves periòdiques
Una bona protecció encara requereix inspeccions periòdiques, per exemple:
– comprovar l'apretament dels terminals (parell d'apretament),
– inspecció visual per detectar signes de sobreescalfament,
– assegureu-vos que el SPD encara estigui actiu (indicador d'estat),
– provar periòdicament el RCD,
– monitoritzar els registres d'errors de l'inversor i del BMS.
Els sistemes que no reben manteniment corren el risc de degradació de la connexió, corrosió i fallades no detectades.
Tancament
Garantir la protecció d'un sistema de panells solars implica més que simplement instal·lar panells de qualitat i un inversor. També implica construir capes completes de protecció: sobrecorrent, descàrrega, protecció contra sobretensions, protecció contra corrents de fuga, protecció de la bateria i connexió a terra i connexió adequades. Els dispositius de protecció adequats no només protegeixen la vostra inversió de danys costosos, sinó que també milloren la seguretat dels residents, els tècnics i l'entorn circumdant.
Si esteu planificant una instal·lació de planta d'energia solar, prioritzeu el disseny de la protecció des del principi i assegureu-vos que la instal·lació sigui realitzada per tècnics competents d'acord amb les normes elèctriques aplicables. D'aquesta manera, el vostre sistema solar podrà funcionar de manera estable, segura i òptima durant els propers anys.
