La vida en servicio de una instalación y generadores
fotovoltaicos y la electrónica sensible del inversor puede requerir una
protección efectiva en lugares expuestos al rayo.
Debido a los requerimientos de espacio del generador
fotovoltaico, los sistemas PV son especialmente amenazados por la descarga de
rayos durante las tormentas. Las causas de las sobretensiones en los sistemas
fotovoltaicos son voltajes inductivos o capacitivos derivados de las descargas
de los rayos además de las subidas de voltaje y conmutación aguas arriba en el
suministro de potencia. Esto puede tener serias consecuencias para la operación
del sistema. En primer lugar, altos costes de reparación, por ejemplo, en el
inversor pueden tener un efecto negativo.
Necesidad de protección contra el rayo
Para la instalación de sistemas PV debe generalmente
distinguirse entre una instalación en un edificio con o sin protección contra
el rayo. Para los edificios públicos, ej., colegios, hospitales, etc., las
regulaciones locales pueden exigir sistemas de protección contra el rayo.
Si un edificio sin protección contra el rayo externa se
selecciona como localización de un sistema fotovoltaico, surge la cuestión de
colocar protección adicional para el generador fotovoltaico.
De acuerdo al actual conocimiento científico actual, la
instalación de módulos fotovoltaicos en los edificios no incrementan el riesgo
de rayo, así que la colocación de una protección contra el rayo no puede
deducirse directamente de la simple existencia de un sistema fotovoltaico. Sin
embargo, puede haber un peligro incrementado para las instalaciones eléctricas
del edificio en caso de un rayo. Esto se basa en el hecho de que, debido al
cableado de las líneas PV en el interior del edificio, pueden producirse
fuertes interferencias radiadas y por conducción. Por lo tanto, es necesario
estimar el riesgo de rayo, y tener en cuenta los resultados en el diseño. IEC
62305-2 (EN 62305-2) indican los procedimientos y datos para el cálculo del
riesgo resultante de los rayos en las estructuras y para la elección de los
sistemas de protección contra el rayo. Para este propósito DEHN + SÖHNE ofrece
el software DEHNsupport.
En este artículo presentamos un análisis de riesgos que
permite entender el concepto de protección contra el rayo entendiendo todas las
partes implicadas, y que cumple los requerimientos técnicos y económicos
ópticos, es decir, puede garantizarse la protección necesaria con el menor
gasto posible.
La German Insurance Associatoin ha publicado una guía para
estimación del riesgo en Guideline VdS 2010 “Risikoorientierter Blitz- und
Überspannungsschutz für Objekte” (Risk oriented lightning and surge protection
for objects) (taken from IEC 62305-2 (EN 62305-2)) y presenta medidas para la
protección contra el rayo en los edificios o estructuras.
De acuerdo con esta guía un sistema de protección contra el
rayo (LPS) diseñado para clase III cumple los requerimientos usuales para los
sistemas PV y térmicos. Los sistemas térmicos solares y fotovoltaicos en los
edificios no deben interferir las medidas de protección existentes. Los sistemas
térmicos solares y fotovoltaicos se protegerán mediante sistemas de terminación
de aire aislados de acuerdo con 5.2 y 6.3 de IEC 62305-3 (EN 62305-3) contra el
rayo directo. Si no puede evitarse una conexión directa, deben tomarse en
consideración los efectos de las corrientes de rayos parciales entrando en el
edificio.
Protección de inversores
fotovoltaicos
Si un sistema PV se instala en un edificio con un sistema de
protección contra el rayo externa, uno de los requerimientos básicos es que los
módulos PV estén dentro del área protegida de un sistema de terminación de aire
aislado. Adicionalmente, tiene que mantenerse la distancia de separación entre
las estructuras de soporte PV y el sistema de protección contra el rayo externo
para prevenir chispas no controladas.
A menudo todo un tejado se llena con módulos fotovoltaicos.
En estos casos las distancias de separación a menudo no pueden mantenerse y la
estructura de soporte tiene que integrarse en la protección externa contra el
rayo. Aquí, los efectos de las corrientes acopladas en el edificio o estructura
son tomadas en consideración y debe proporcionarse una conexión equipotencial
al rayo. Esto significa que la conexión equipotencial del rayo ahora es necesaria
para los conductores DC que transportan la luz del rayo. De acuerdo con IEC
62305-3 el conductor DC tiene que ser protegido por dispositivos de protección
contra subidas de voltaje de tipo 1 (SPDs). Los dispositivos de protección
contra subidas de voltaje de tipo 1 sobre la base de huecos para chispas.
Como equipo comercial podemos mencionar lightning current
and surge arrester DEHNlimit PV 1000 de DEHN + SÖHNE, un sistema apropiado para
las plantas fotovoltaicas de potencia. El equipo proporciona protección para
los módulos y el inversor también en caso de corrientes de rayos directas. Este
pararrayos combinado es aplicable a sistemas fotovoltaicos de hasta 1000 V UOC
STC. DEHNlimit PV 1000 tiene una alta capacidad de descarga de la corriente de
rayos que llega a 50 kA 10/350 μs.
Pararrayos fotovoltaico de poste
único tipo 2 con dispositivo de cortocircuito integrado
La estructura interior de DEHNguard PV 500 SCP tiene u
pararrayos a surge arrester Type 2. Este pararrayos tiene un efecto doble
probado del dispositivo de desconexión y monitorización Thermo Dynamic Control
combinado con un dispositivo de cortocircuito adicional. Este nuevo tipo de
controlador de pararrayos asegura la operación sin riesgo de incendio, incluso
si los dispositivos son sobrecargados por ejemplo por fallos de aislamiento en
el circuito del generador fotovoltaico.
Bibliografía:
Lightning
and surge protection for PV systems and solar power plants. Two Case Histories:
Vulcano and Kythnos. François D. Martzloff. National Institute of Standards and
Technology. Partial reprint of NISTIR-89 – 4113
Palabras clave:
System of
protection against lighting (LPS)
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