Por que toda instalação solar deve incluir um pára-raios solar?

Os sistemas solares fotovoltaicos (PV) estão expostos a surtos elétricos que podem causar danos dispendiosos e interrupções no fornecimento de energia. Este artigo explica por que toda instalação solar precisa de um pára-raios solar – um dispositivo que protege equipamentos críticos contra sobretensões transitórias.

1. O que é umPára-raios solares?

Um pára-raios, também conhecido como dispositivo de proteção contra surtos (SPD), é um componente elétrico que protege os sistemas contra sobretensões. Os pára-raios não param nem absorvem surtos causados ​​por raios. Em vez disso, eles contornam ou descarregam surtos para limitar os danos aos equipamentos elétricos dentro de uma propriedade. Esses dispositivos evitam o fluxo contínuo de correntes de alta tensão, direcionando-as para o solo.

Quando uma sobretensão passa por um condutor, o pára-raios interrompe seu isolamento para que a sobretensão possa viajar até o solo. Assim que o nível de tensão voltar ao normal, o isolamento entre o condutor e o terra é restaurado. O fluxo da corrente em direção ao solo então para.

Um pára-raios solar é um SPD projetado especificamente para instalações fotovoltaicas. Protege os sistemas solares contra sobretensões transitórias e sobretensões permanentes causadas por defeitos no condutor ou falhas em transformadores.

As sobretensões transitórias são picos temporários de tensão superiores a 10% acima do valor nominal da rede de distribuição durante vários ciclos. Em sobretensões permanentes, o nível de tensão permanece elevado permanentemente.

Um sistema completo de proteção contra raios inclui terminais aéreos (pára-raios), condutores de descida, protetores contra surtos, ligação equipotencial e um sistema de aterramento. Esta é a primeira linha de defesa contra um raio direto.

2. Por que os sistemas solares precisam de um protetor contra surtos?

Os sistemas solares são suscetíveis a surtos elétricos, que podem causar danos dispendiosos aos equipamentos e resultar em interrupções temporárias no fornecimento de energia. Os surtos elétricos podem ser causados ​​por fatores externos, como quedas de raios, mau funcionamento interno ou flutuações na rede elétrica.

A exposição física torna os sistemas solares vulneráveis

Os painéis solares são normalmente instalados em áreas abertas, em telhados ou em grandes campos onde podem ficar expostos às condições ambientais. As grandes áreas de superfície e os locais expostos, como em telhados ou no solo em espaços abertos, tornam os painéis solares propensos a quedas de raios que podem encurtar a sua vida útil.

Mesmo quando um painel solar não é diretamente atingido por um raio, a atividade atmosférica próxima pode induzir tensões perigosas que podem danificar componentes críticos. Quando um raio atinge estruturas próximas, linhas de serviços públicos ou o solo, os campos eletromagnéticos resultantes podem induzir tensões transitórias na fiação do sistema solar. Esses surtos induzidos podem percorrer toda a instalação e danificar equipamentos distantes do local original do ataque.

Cabeamento extenso cria caminhos para surtos

Como os sistemas fotovoltaicos geralmente incluem extensos cabos CC e equipamentos elétricos interconectados, eles fornecem vários caminhos para a propagação de correntes de surto. Suas extensas redes de fiação podem atuar como condutores, introduzindo tensões transitórias no sistema.

Os lados DC e AC precisam de proteção

Uma característica única dos sistemas fotovoltaicos é que eles operam em circuitos elétricos CC e CA. Os surtos podem entrar por qualquer lado do sistema. Estratégias eficazes de proteção contra surtos solares abordam circuitos CC e CA para fornecer cobertura abrangente.

O lado CC inclui: módulos solares, fiação de string, caixas combinadoras, seccionadoras CC e entradas de inversores. O lado CA inclui: saídas de inversores, equipamentos de distribuição, transformadores, interconexões de serviços públicos e sistemas elétricos de instalações.

Proteger apenas uma parte do sistema pode deixar outros equipamentos críticos vulneráveis ​​a danos.

A proteção contra surtos é frequentemente esquecida

Muitos proprietários de sistemas solares concentram-se na eficiência do painel, na seleção do inversor e nas previsões de produção de energia. A proteção elétrica é muitas vezes ignorada até que ocorra uma falha dispendiosa. Eventos de sobretensão podem ocorrer inesperadamente e causar danos extensos ao equipamento solar, levando a tempos de inatividade, custos de reparo e perda de produção de energia.

Um evento de pico pode resultar em custos de substituição de equipamentos, despesas trabalhistas, tempo de inatividade do sistema, redução da produção de energia, perda de oportunidades de receita, aumento dos requisitos de manutenção e reclamações de seguros .

Alguns desenvolvedores podem optar por não incluir dispositivos de proteção contra surtos para manter baixo o custo inicial de um projeto. No entanto, isso pode resultar em custos de manutenção mais elevados no futuro se o equipamento for danificado por uma sobretensão e precisar ser reparado ou substituído.

O caso financeiro para proteção contra surtos

Investir em proteção contra surtos solares costuma representar uma pequena fração dos custos totais do projeto. No entanto, pode ajudar a evitar perdas que excedem em muito o custo dos próprios dispositivos de proteção. Para instalações comerciais e de grande escala, o tempo de inatividade pode rapidamente traduzir-se em perdas substanciais de receitas. Mesmo uma breve interrupção na operação pode afectar os objectivos de produção e o desempenho financeiro.

3. O que acontece quando um raio atinge um sistema solar fotovoltaico?

Os relâmpagos apresentam riscos significativos de destruição total ou parcial dos parques solares, quer imediatamente devido a um impacto directo, quer através de danos degenerativos resultantes de um impacto indirecto.

Relâmpagos diretos

Quedas diretas de raios podem produzir enormes quantidades de energia capazes de causar danos catastróficos. Quando um raio atinge um conjunto de painéis solares, ele causa uma corrente transitória induzida dentro dos circuitos de fios do sistema. Isto leva à falha do isolamento, dos painéis, do inversor e do equipamento de comunicação.

Efeitos indiretos de raios

Os efeitos indiretos dos raios são frequentemente mais comuns e podem ser igualmente problemáticos. As sobretensões podem impactar a instalação de um sistema de painel solar de várias maneiras:

• Desde ataques diretos ao sistema externo de proteção contra raios de uma estrutura, próximo a ela, e até mesmo à própria instalação fotovoltaica

• De correntes induzidas por raios distribuídas na rede elétrica

• De sobretensões transmitidas pela rede elétrica de origem atmosférica (raios) ou devido a operações

• De variações do campo elétrico devido a raios

• Da rede, se um raio atingir condutores de média ou baixa tensão

• Da terra, se um raio atingir perto do inversor fotovoltaico

• Do lado CC, se um raio atingir os módulos fotovoltaicos

Danos aos principais componentes

Se uma usina solar fotovoltaica sofrer um surto e não estiver protegida com pára-raios ou pára-raios, ela poderá sofrer danos ao equipamento, desde buracos causados ​​por raios nos painéis até degradação de módulos e inversores ou sistemas secundários, como equipamentos de monitoramento e controles de rastreadores.

Componentes específicos com maiores chances de falha incluem a caixa combinadora e o MPPT (dispositivo rastreador de ponto de potência máxima). Alguns sistemas solares fotovoltaicos podem resistir a danos físicos ou de circuito em seus painéis. No entanto, seus controles de circuito e dispositivos de armazenamento de energia ficarão instantaneamente inutilizáveis ​​após a queda de um raio.

Efeitos ocultos de longo prazo

Mesmo que não haja cortes iniciais de energia, a instalação ainda pode sofrer efeitos secundários de danos ao equipamento. Isso pode reduzir a quantidade de energia que o sistema pode gerar. Estes efeitos são, por vezes, erroneamente atribuídos a falhas de equipamento ou defeitos de fabrico, se não for imediatamente aparente que foram causados ​​por uma sobretensão.

Se um módulo fotovoltaico for danificado, isso resultará na perda de saída de energia de uma string. Danos a um inversor podem cortar ou limitar a produção de uma grande parte da instalação.

A importância do posicionamento adequado do SPD

Uma rede de proteção contra surtos deve ser instalada em toda a rede de distribuição de energia CC e CA de um sistema de energia solar para proteger circuitos críticos. O número total de SPDs necessários em um sistema solar fotovoltaico varia dependendo da distância entre os painéis e o inversor.

As diretrizes gerais de instalação incluem:

• Nas linhas CA, a proteção contra surtos deve ser implantada em cada condutor de energia conectado ao terra.

• Se o comprimento do cabo entre os painéis solares for inferior a 10 metros, um SPD deverá ser instalado pelo inversor, caixas combinadoras ou mais próximo dos painéis solares.

• Em instalações com cabeamento CC superior a 10 metros, serão necessários mais protetores contra surtos nas extremidades dos cabos do inversor e dos módulos solares.

• Em um sistema de energia solar residencial com microinversores que possui cabeamento CC curto, mas cabos CA mais longos, os SPDs devem ser instalados na caixa combinadora para proteger a casa contra surtos transitórios.

Os SPDs devem ser instalados nos inversores para proteger as entradas CC e as saídas CA, com aterramento nas linhas CC positivas e negativas. Os circuitos combinadores e de controle, bem como os sistemas de monitoramento e rastreamento, devem ser protegidos para evitar interferências nos fluxos de eletricidade e perda de dados.

4. Resumo

Cada instalação solar deve incluir um pára-raios solar. Os sistemas solares estão expostos a surtos elétricos causados ​​por raios, flutuações da rede e mau funcionamento interno.

Um evento de sobretensão pode danificar inversores, painéis, caixas combinadoras, equipamentos de monitoramento e dispositivos de armazenamento de energia. Os danos podem resultar em custos de substituição de equipamentos, tempo de inatividade do sistema, redução da produção de energia e perda de receitas .

Mesmo que nenhum dano imediato seja visível, os surtos podem causar degradação oculta que reduz a produção de energia ao longo do tempo. Esses efeitos são frequentemente confundidos com defeitos de fabricação.

A proteção contra surtos solares não é uma opção – é uma necessidade. A instalação de SPDs nos lados CC e CA do sistema, com aterramento adequado, ajuda a proteger equipamentos críticos e a manter uma produção de energia confiável.

A proteção contra surtos é um componente necessário em qualquer instalação elétrica, mas não substitui uma solução adequada de proteção contra raios. Um sistema completo de proteção contra raios que inclui terminais aéreos, condutores de descida, protetores contra surtos, ligação equipotencial e um sistema de aterramento é a primeira linha de defesa contra a queda direta de um raio.

A YRO está comprometida em fornecer dispositivos confiáveis ​​de proteção contra surtos para instalações fotovoltaicas. Para uma proteção ideal, consulte sempre os regulamentos locais, consulte as especificações do fabricante e trabalhe com componentes certificados.

A escolha da proteção contra surtos certa protege seu investimento solar. Evita danos dispendiosos e garante uma produção de energia confiável e de longo prazo.