Seminario Solis · 11 ｜ ¿Cómo puede ser más eficaz el diseño de protección contra rayos de sistemas fotovoltaicos residenciales?

Antecedentes
Los sistemas fotovoltaicos residenciales están instalados generalmente en la azotea de edificios residenciales, con gran superficie metálica, mayor distancia del suelo y ubicación expuesta. Por lo tanto, los sistemas fotovoltaicos pueden ser alcanzados por una rayo fácilmente en tormentas eléctricas. Si la central eléctrica no tiene buena protección contra rayos y conexión a tierra, la probabilidad de ser impactado por un rayo es extremadamente alta y podría causar incendios, accidentes por riesgo eléctrico y pérdidas a la propiedad y vidas humanas.
La industria fotovoltaica ha madurado y el diseño y la construcción de sistemas han sido más estandarizados. Sin embargo, todavía existen dudas sobre los requisitos para la protección contra rayos: desde componentes, soportes, inversores, cajas de distribución de electricidad y cables de puesta a tierra, todo el diseño y la construcción del sistema en este folleto cumple con los requisitos.
¿Por qué el daño por rayo sigue siendo algo común? Para responder esta pregunta, compartiremos con ustedes los puntos fácilmente de ser ignorados durante la instalación y cómo hacer la protección del sistema más eficaz

PARTE 1 Solución general de protección contra rayos

Diagrama 1_Plan de protección contra rayos estándar (techo inclinado a la izquierda y techo plano a la derecha)
Para áreas con poca frecuencia de rayos, los métodos de puesta a tierra mostrados en el Diagrama 1 se usan común sin pararrayo adicional. Para sistema instalado en techo plano, generalmente se conecta a tierra por vía de la cubierta del inversor o al sistema de protección contra rayos existente del edificio. Esta protección contra rayos es potencialmente ineficaz para áreas con alta probabilidad de rayos.

PARTE 2 Solución de Protección contra Rayos Reforzada

Antes de considerar la protección eficaz contra rayos de un sistema fotovoltaico, debemos comprender los tipos comunes de descargas de rayos 

Clasificación de impacto de rayo
Tipo I: golpe directo en la matriz fotovoltaica, a través del bucle de CC hacia el inversor, se denomina el impacto directo de un rayo
Tipo II: reacción electrostática (o inducción electromagnética) que ocurre cerca de la matriz cuadrada, se denomina rayo inducido
Tipo III: golpea el accesorio del dispositivo de guía de rayos e invade el inversor por la matriz de contraataque de la red de protección contra rayos enterrada, se denomina el impacto reflejado de un rayo

Para los sistemas fotovoltaicos residenciales, los dos rayos tipo I y II: rayos directos y rayos inducidos, son los más comunes. Si la propiedad está en un área propensa a los rayos o hay otros objetos metálicos altos en la azotea, tales como calentadores solares térmicos. , tanques de agua o antena satelital, la probabilidad de impacto de estos dos tipos será mayor. Es necesario mejorar y fortalecer la protección contra rayos durante la etapa de diseño..

Equipo de metal en la azotea.

Para mejorar la efectividad de la protección contra rayos para sistemas residenciales, además de las medidas normales de protección contra rayos, se deben considerar los siguientes puntos:
1) Si el sistema tiene gran capacidad o está ubicado en área con caída frecuente de rayos, es necesario instalar un pararrayos al lado del panel solar.;
2) Si hay otras instalaciones metálicas en el techo, el lado de CC del sistema fotovoltaico debe mantenerse lo más lejos posible de estas estructuras. Asegúrese de que el montaje del sistema fotovoltaico no entre en contacto con estas estructuras. También se recomienda instalar un pararrayos en el techo.
3) Reduzca el área transversal del cableado del sistema fotovoltaico para disminuir la fuerza de un rayo inducido.
4) Se recomienda implementar una solución de protección contra rayos separada para el sistema fotovoltaico y evitar simplemente conectarse al sistema de protección contra rayos original del edificio.

Solución mejorada de protección contra rayos (techo inclinado /techo plano)

PARTE 3 Caso de estudio
El proyecto está en Fenghua, China. Según las estadísticas, el promedio anual de más de 75 días con rayos la define como área propensa a los rayos. Los edificios residenciales in situ tienen gran área de techo plano, y la capacidad instalada total es de 28kW, con un inversor GCI-25K-5G, por lo que se implementó el esquema del sistema de protección contra rayos en la figura abajo.

                       Protección contra rayos in situ                                                                         solución de sistema fotovoltaico

Además de la protección contra rayos del edificio para los módulos solares, soportes, inversores y cajas de distribución de electricidad, el sistema de protección contra rayos del proyecto brinda las siguientes características de seguridad basadas en el plan anterior
1) Para las partes más frágiles del sistema, como el inversor, asegúrese de que tanto las conexiones a tierra eléctrica (interna) como de la cubierta (externa) estén conectadas de forma eficaz.

Protección de puesta a tierra del inversor

1) Se instalaron cuatro pararrayos redondos de acero de 1,5m de longitud y Φ10mm en las cuatro esquinas de la matriz y se soldaron en el propio cinturón de rayos del edificio para reducir el impacto directo de un rayo en el sistema.. 

Pararrayos adicional

2) Conexión a tierra del sistema fotovoltaico residencial separada: se designó a un lugar con suelo suficientemente grueso y húmedo y excavó un hoyo de 1,5m de profundidad. Luego con acero redondo Φ8 (también puede ser acero plano de 40* 4 mm o acero redondo Φ10) se hace la toma de tierra separada. La resistencia de puesta a tierra es de 2,68Ω, cumpliendo con el requisito de menos de 4Ω.

PARTE 4 RESUMEN
La protección contra rayos y la conexión a tierra de los sistemas fotovoltaicos residenciales no pueden ignorarse. Por lo tanto, en el proceso de instalación del sistema, no solo debemos considerar la protección científica contra rayos y la tecnología de puesta a tierra, sino también mejorar la protección contra rayos del sistema de según las condiciones del sitio. En resumen, dedique tiempo a considerar la protección contra rayos de su sistema fotovoltaico, porque el cuidado y la atención meticulosos en la etapa de diseño e instalación pueden evitar muchos líos para el futuro. La protección contra rayos segura y estable y construcción de conexión a tierra pueden evitar daños al sistema e incluso pérdidas personales y de propiedad.