Choose the Best Surge Protection Devices for Solar PV Systems

Muitas pessoas investem em energia solar e instalam baterias, painéis e inversores. Mas elas se esquecem ou, às vezes, evitam instalar sistemas de proteção contra falhas de energia, como um dispositivo de proteção contra picos de tensão. Dispositivos de proteção contra picos de tensão são uma parte pequena, mas valiosa, dos sistemas solares fotovoltaicos. Seria adequado chamar o dispositivo de proteção contra sobretensão de “guardião silencioso”, já que ele protege o sistema solar contra raios e flutuações de tensão. Sem o dispositivo de proteção contra sobretensão, uma leve flutuação de tensão no painel solar danificaria o dispositivo, que fornece energia ao sistema. Portanto, é necessário instalar um dispositivo de proteção contra sobretensão para desviar o excesso de tensão. Ele protegerá seus equipamentos contra raios e manterá seus painéis solares em bom estado. Leia o artigo até o fim e aprenda a aumentar a vida útil do sistema solar e a tomar decisões informadas sobre equipamentos que economizam energia.

O papel dos dispositivos de proteção contra sobretensão (SPDs)

Os SPDs têm como objetivo proteger equipamentos eletrônicos, limitando tensões imprevisíveis e interrompendo o fluxo das correntes de surto. As fontes externas de surtos incluem raios, que são a causa mais potente. Por outro lado, 65% dos surtos são de origem interna, o que inclui a ativação e desativação de cargas elétricas alternadas. Relés, disjuntores e sistemas de aquecimento fazem parte dos picos internos. Eles funcionam principalmente com equipamentos eletrônicos que contêm unidades de consumo para uma proteção eficaz. Normalmente, protegem equipamentos elétricos, mas outros tipos de SPDs também protegem dispositivos conectados a linhas de dados, como TV a cabo e telefones. Além disso, há uma grande chance de que a flutuação de tensão possa afetar a instalação, mesmo que o aparelho elétrico esteja em boas condições e outros serviços não estejam. Portanto, a instalação de um dispositivo de proteção contra sobretensão é uma solução econômica. Ela reduz os danos aos equipamentos causados pela flutuação de tensão e aumenta a confiabilidade do sistema e dos dados.

Picos de tensão em sistemas solares fotovoltaicos

Os picos de tensão se apresentam na forma de altas tensões, que danificam os diversos componentes dos painéis solares quando ultrapassam o limite permitido. Aqui, discutiremos os picos bruscos que afetam o sistema solar e seus componentes.

1. Pico de tensão causado por raio

Naturalmente, os raios são uma imensa fonte de energia. É possível classificá-los em picos de tensão induzidos e diretos. Das duas, a proteção contra descargas induzidas é mais fácil em comparação com a proteção contra descargas diretas. Um fio muito longo, como um cabo ou uma linha de energia, provoca uma descarga induzida, que é um pico de alta tensão. Esses picos de tensão podem danificar inversores, painéis e outras peças.

2. Pico de abertura/fechamento

Uma alta tensão flutuante em um interruptor ou relé entre as posições de ligado e desligado é chamada de pico de abertura/fechamento. Ela produz uma tensão extremamente alta e gera uma rápida variação de corrente, aumentando a impedância elétrica. Além disso, gera faíscas e ondas eletromagnéticas que podem danificar os componentes do sistema fotovoltaico solar.

3. Despejo de memória

Ocação de um “load dump” ocorre quando a conexão da bateria de um automóvel é interrompida. A situação se agrava quando o alternador continua carregando a bateria e a conexão da bateria do automóvel falha. A falha do alternador revela a intensidade do campo magnético e a velocidade de rotação, permitindo identificar a magnitude e a gravidade do pico de tensão.

4. Descarga eletrostática

A ESD é um tipo de pico de tensão que ocorre quando uma carga apresenta um potencial flutuante mínimo no corpo humano ou em um material. O pico é então transferido para o objeto adjacente, que possui pouca ou nenhuma energia. Ainda assim, a flutuação de tensão pode causar mau funcionamento do circuito elétrico ou danificar componentes eletrônicos. Picos de alta e baixa tensão podem afetar diferentes partes do sistema fotovoltaico solar. Sobrecarga e tensão transitória podem, às vezes, destruir os componentes solares. Mas como? A tensão transitória afeta gravemente o painéis solares. Os raios são os fenômenos elétricos mais potentes e destroem a capacidade de funcionamento das células solares. Assim, os painéis solares não funcionarão com a mesma eficiência de antes ou ficarão inoperantes. Da mesma forma que os painéis solares, inversores são sensíveis a picos de tensão. Picos de alta tensão interferem nos ciclos de corrente contínua (CC) e alternada (CA) e afetam o funcionamento dos componentes do inversor. Um pico de tensão grave destrói os inversores em um instante. O sistema fotovoltaico solar possui fios e conexões que conduzem a corrente. Os picos de tensão perturbam o fluxo da corrente e causam curtos-circuitos, acabando por destruir a fiação, o inversor e os painéis solares. Portanto, os dispositivos de proteção contra picos de tensão para sistemas solares fotovoltaicos são tão essenciais quanto a fundação de um edifício. Eles ajudam a aumentar a vida útil e a capacidade operacional do sistema solar fotovoltaico.

Tipos de dispositivos de proteção contra sobretensão para sistemas solares fotovoltaicos

Os dispositivos de proteção contra sobretensão também funcionam em circuitos de corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA). Os SPDs para CC protegem o sistema fotovoltaico solar contra raios, enquanto os SPDs para CA evitam sobrecargas de corrente. Os SPDs são projetados para diversos circuitos de energia solar e funcionam de maneira diferente em cada sistema. Portanto, diferentes dispositivos de proteção contra sobretensão são utilizados no momento da instalação. A norma de proteção contra sobretensão IEC/EN 61643-11 propõe três tipos de SPDs solares. Apresentaremos uma visão geral de suas funções e de como eles protegem o sistema fotovoltaico solar.

Tipo 1 – SPD

A instalação do SPD tipo 1 deve ocorrer a montante do inversor, no local do painel solar ou no ponto de conexão com a rede elétrica pública. Ele protege o sistema fotovoltaico solar contra descargas diretas de raios que causam picos de tensão. É recomendável instalá-lo na entrada de serviço, pois é capaz de proteger contra sobretensões externas. O SPD tipo 1 é o sistema de instalação solar mais versátil e potente, pois também funciona com disjuntores e fusíveis. Ele oferece uma faixa de forma de onda de corrente de 10/350 μs e alta capacidade de corrente de descarga.

Tipo 2 – SPD

O local de instalação do SPD Tipo 2 é o circuito do inversor a jusante do painel solar. Ele protege o sistema fotovoltaico contra picos repentinos de tensão causados por descargas atmosféricas indiretas. O SPD do Tipo 2 é econômico e oferece menor proteção contra tensões e correntes do que o do Tipo 1. Ele oferece uma faixa de forma de onda de corrente de 8/20 μs e uma capacidade média para corrente de descarga.

Tipo 3 – SPD

A instalação do SPD Tipo 3 visa que o inversor a jusante fique próximo às cargas sensíveis. Ele funciona em combinação com os tipos 1 e 2; por isso, também é chamado de SPD combinado. O SPD do Tipo 3 é um complemento ao do Tipo 2, pois distribui os picos de tensão transitórios. Ele oferece uma forma de onda de corrente de 1,5/50 a 8/20 μs e baixa capacidade de corrente de descarga.

Como escolher os SPDs em sistemas fotovoltaicos?

Uma dúvida comum entre as pessoas que possuem sistemas fotovoltaicos é como escolher o melhor dispositivo de proteção contra sobretensão. Bem, a escolha do SPD depende de vários fatores. É preciso selecionar uma proteção contra sobretensão capaz de suportar picos de tensão severos, pois, sem ela, seu grande investimento irá por água abaixo rapidamente. Leve esses fatores em consideração ao escolher o melhor dispositivo de proteção contra sobretensão.

Analise os tipos de carga que seu sistema fotovoltaico solar irá suportar.
Identifique os riscos de picos de tensão e o tipo de proteção contra picos de tensão (SPD) necessário para um sistema.
Antes da instalação, familiarize-se com as normas legais e os códigos elétricos da sua região relativos à proteção contra picos de tensão.
Escolha o SPD de acordo com a carga e as características.

Acessar o tipo de SPD

O primeiro fator a ser considerado na escolha do SPD é determinar qual tipo de SPD você deseja instalar. Todo sistema conta com vários SPDs para proteger os lados CA e CC contra descargas atmosféricas. Opte pelo SPD Tipo 1 para proteger o sistema contra descargas atmosféricas diretas. Opte pelo SPD Tipo 2 para proteger o sistema contra descargas atmosféricas indiretas e pelo Tipo 3 para proteção completa, incluindo picos de tensão e sobrecargas.

Determine a quantidade de SPD

Agora, analise quantos dispositivos de proteção contra sobretensão você deseja instalar nos sistemas solares fotovoltaicos. A instalação dos SPDs dependerá do tamanho do sistema solar e do tipo de proteção desejado. A distância entre o equipamento solar e o SPD deve ser de dez metros.

Procure as classificações da SPD

Verifique as especificações do SPD para identificar a capacidade de corrente de surto que o dispositivo de proteção contra sobretensão é capaz de suportar. Certifique-se de que o SPD tenha especificações elevadas para a corrente nominal de descarga (In) e a tensão máxima de operação contínua (MCOV). Especificações mais elevadas significam que o SPD é capaz de suportar altas tensões.

Verifique os recursos do SPD

Entenda as características do SPD que você está adquirindo para o seu sistema fotovoltaico. Alguns dispositivos de proteção contra sobretensão oferecem durabilidade, enquanto outros se concentram apenas na funcionalidade. Verifique a capacidade de suportar tensões, a capacidade de monitoramento, a linha de segurança e outros aspectos.

Garantia da SPD

Verifique se há a garantia da SPD para ter certeza de que o fabricante é legítimo. Isso lhe dará tranquilidade, pois os aparelhos originais vêm com uma garantia de longa duração.

Aplicações na vida real

Seja em áreas residenciais ou comerciais, a instalação de sistemas solares é uma nova forma de alimentar equipamentos elétricos. Mas será que os sistemas solares fotovoltaicos (PV) contam com dispositivos de proteção contra sobretensão que protejam a rede elétrica? Apresentaremos uma visão geral da aplicação de SPDs em sistemas solares fotovoltaicos em diversas áreas. Em sistemas solares fotovoltaicos residenciais, um dispositivo de proteção contra sobretensão protege o sistema contra picos transitórios e flutuações da rede elétrica. Ele protege a fiação e os inversores, especialmente em residências, garantindo uma geração constante de energia. Em ambientes comerciais, os SPDs garantem a continuidade do funcionamento de máquinas e sistemas complexos, protegendo os painéis solares contra picos de tensão. Isso aumenta a produção de energia e reduz o tempo de inatividade causado por picos. Os SPDs também são benéficos no setor industrial. Eles protegem os armazéns e as máquinas das fábricas contra perturbações elétricas. Aumentam a sustentabilidade de máquinas pesadas e protegem os equipamentos industriais contra descargas atmosféricas e picos de sobrecarga.

Considerações finais

Os SPDs são essenciais para sistemas solares fotovoltaicos. Eles aumentam a capacidade operacional do sistema elétrico e o protegem contra picos de tensão repentinos e descargas atmosféricas. Ao escolher o dispositivo de proteção contra sobretensão adequado para o seu sistema solar fotovoltaico, leve em consideração, em primeiro lugar, o tipo de SPD, sua quantidade e a classificação nominal. O tipo de sobretensão a que os sistemas fotovoltaicos estão sujeitos afeta seus componentes, podendo até mesmo causar explosões. Portanto, escolha o tipo correto de SPD para o sistema. Os SPDs do Tipo 1 são os mais indicados para sistemas fotovoltaicos, pois oferecem proteção contra descargas atmosféricas intensas. Invista no dispositivo correto para garantir a confiabilidade e a continuidade do funcionamento em todas as áreas.

Perguntas frequentes

Como funciona um dispositivo de proteção contra picos de tensão em sistemas solares fotovoltaicos?

Os SPDs são dispositivos que protegem os sistemas solares fotovoltaicos contra descargas atmosféricas. Eles desviam a tensão dos componentes dos equipamentos solares para garantir sua longevidade e capacidade de funcionamento.

Por que os SPDs são essenciais para o painel solar?

Os painéis solares estão expostos às condições externas, como luz solar, vento e picos de tensão. Esses fatores podem prejudicar o funcionamento dos painéis solares. Portanto, um dispositivo de proteção contra picos de tensão é essencial. Ele preserva a vida útil do sistema solar e de seus componentes.

Os picos de tensão afetam um sistema fotovoltaico?

Vários picos de tensão, como os causados por descargas atmosféricas, comutação e cargas, afetam o sistema solar. Isso envolve o funcionamento e os componentes do sistema solar.

O que acontece com o sistema fotovoltaico se eu não instalar um SPD?

O dispositivo de proteção contra sobretensão protege o sistema solar. Sem ele, raios e picos de tensão podem causar danos graves aos painéis solares, inversores e a Caixa combinadora fotovoltaica.

Em quais locais devo instalar os SPDs?

Cada dispositivo de proteção contra sobretensão possui um local específico de instalação. O SPD do tipo 1 deve ser instalado próximo ao painel solar; o do tipo 2, próximo ao inversor. Já o do tipo 3 deve ser instalado no local onde os tipos 1 e 2 já tenham sido instalados.

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