Protección contra el rayo de las instalaciones fotovoltaicas

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)