Poiché gli impianti fotovoltaici (PV) si moltiplicano tra tetti residenziali, edifici commerciali e fattori solari su scala di utilità, la necessità di proteggere questi beni preziosi dai più potenti eventi elettrici della natura diventa sempre più chiara. Nelle regioni in fase di tempesta, gli scioperi di fulmine rappresentano una minaccia diretta e spesso catastrofica per gli array solari.

Comprendere la minaccia di fulmine a raggi solari

Il fulmine medio trasporta una corrente di circa 30.000 ampere e può raggiungere temperature più calde della superficie del sole. Quando uno sciopero fulmine si verifica vicino o direttamente su una linea solare, l'energia può accoppiarsi nel sistema attraverso attacchi diretti o interventi indotti.

Anche un'onda marginale può degradare le prestazioni di elettronica sensibile nel tempo, riducendo l'efficienza del sistema e aumentando i costi di manutenzione. Inverter, il cervello di un array solare, sono particolarmente vulnerabili. Un'onda che danneggia un inverter può portare a settimane di downtime mentre le parti di ricambio sono fonte e installato. Per sistemi commerciali e su scala di utilità, questo si traduce direttamente in entrate perse.

Componenti chiave di un sistema di protezione del fulmine

Un sistema di protezione completa dei fulmini per una serie solare integra sia misure esterne che interne. La protezione esterna intercetta e conduce in modo sicuro la corrente fulminea a terra, mentre la protezione interna mitiga gli effetti delle sovratensioni che viaggiano lungo i conduttori elettrici. I due strati lavorano insieme per fornire una protezione completa della sicurezza e dell'attrezzatura.

Protezione fulmine esterna

La protezione esterna comincia con i terminali dell'aria, comunemente noti come barre di fulmine. Queste sono barre metalliche installate sui punti più alti della struttura che supporta l'array solare. Il loro scopo è quello di intercettare uno sciopero del fulmine e fornire un percorso preferenziale per la corrente di flusso nel terreno. I terminali dell'aria sono collegati a una rete di conduttori, in genere di cavi di rame o di alluminio, che il percorso corrente verso il basso verso il sistema di messa a terra.

Protezione fulmine interna

La protezione interna si concentra sulla limitazione delle sovratensioni che entrano nell'edificio o nella distribuzione elettrica dell'array. Lo strumento principale è il dispositivo di protezione da sovratensione (SPD), talvolta chiamato soppressore di sovratensione o soppressore di tensione transitorio (TVSS). I DOC sono installati in punti critici nel sistema elettrico: al pannello di servizio principale, all'inverter, e ai sottopannelli che servono l'array.

Progettazione per la sicurezza dei fulmini: Valutazione del sito e Analisi dei rischi

Una valutazione approfondita del sito identifica il rischio specifico di fulmine per una data posizione e configurazione di array solare. Fattori come la densità geografica del fulmine, l'altezza e l'esposizione della struttura, e la presenza di oggetti vicini più alti influenzano tutti il livello di protezione richiesto. I progettisti usano l'indice di rischio fulmine - spesso derivato da dati di sciopero storico - per determinare se un sistema di protezione è obbligatorio e quale livello di protezione da sovratensione è necessario.

Fattori di rischio per valutare

Il fattore di rischio più significativo è la densità flash locale, generalmente espressa come il numero di lampi per chilometro quadrato all'anno. In aree con alta densità, come la penisola della Florida o la costa centrale del Golfo, la protezione del fulmine è un elemento di progettazione critico. Altri fattori includono l'altezza della matrice solare sopra il tetto o il terreno; array di luce alta o in campi aperti faccia maggiore esposizione.

Standard e codici che governano la protezione dei fulmini

In Nord America, NFPA 780] fornisce requisiti completi per i sistemi di protezione dei fulmini, compresi quelli per gli array solari.

Migliori pratiche di installazione per le regioni di Storm-Prone

Una volta valutato il rischio e progettato il sistema, l'installazione attenta è essenziale per raggiungere il livello di protezione previsto.

Tecniche di messa a terra che fanno una differenza

Tutti i componenti metallici dell'array solare, compresi i telai del pannello, i supporti di montaggio e le custodie di apparecchiature, devono essere collegati insieme e collegati ad un elettrodo di messa a terra a bassa impedenza.

Chirurgia di protezione Luogo di lavoro: Più non è sempre meglio, Ma Matters di posizionamento

I dispositivi di protezione di SPD devono essere installati in più punti per creare una difesa a strati. Un SPD di tipo 1 al pannello di servizio principale gestisce grandi sovratensioni da attacchi diretti. Un tipo 2 SPD al inverter o maniglie di scatola combinatrice indotti sovratensioni. Per i sistemi extra-critici, un sistema di controllo SPD di tipo 3 può essere installato a apparecchiature sensibili.

Posizionamento e schermatura del pannello

Mentre non è sempre possibile evitare di posizionare gli array solari in luoghi esposti, un'attenta posizione può ridurre il rischio di sciopero. Evitare l'installazione di array al punto più alto di un edificio a meno che non siano forniti adeguati terminali d'aria. Se l'array è su un sistema a terra in un campo aperto, posizionarlo lontano da alberi, antenne e altre strutture ad alto rischio di sovratensione.

Manutenzione e monitoraggio per la protezione a lungo termine

I sistemi di protezione dei fulmini non sono statici; richiedono un controllo periodico e una manutenzione per rimanere efficaci. Nel tempo, fattori ambientali come la corrosione, danni meccanici e crescita della vegetazione possono degradare il sistema. Le connessioni di messa a terra possono allentare, le finestre degli indicatori di SPD possono mostrare guasto, e i terminali dell'aria possono essere danneggiati da vento o da grandi impianti.

Molti inverter moderni hanno contatori di sovratensioni integrati o registri di eventi che registrano eventi anormali di tensione. Mentre questi non sostituiscono un monitor dedicato di sovratensione, forniscono dati preziosi per valutare l'efficacia del sistema di protezione. Quando combinato con ispezioni di routine, il monitoraggio aiuta a garantire che il sistema di protezione è pronto per il prossimo temporale.

Vantaggi economici e operativi della protezione completa dei fulmini

Il costo di un sistema di protezione dei fulmini, compresi i terminali aerei, i conduttori, i SPD e il lavoro di installazione, è generalmente una piccola frazione dell'investimento totale dell'array solare. Per i sistemi residenziali, il costo può variare da poche centinaia a poche migliaia di dollari. Per gli impianti di protezione commerciale e su scala di utilità, le scale di costo, ma rimane proporzionato al valore delle attrezzature protette.

Oltre al risparmio di costi diretti, la protezione dei fulmini supporta l'obiettivo più ampio della resilienza energetica. Nelle aree in fase di tempesta, gli array solari sono spesso parte di un sistema di alimentazione di backup per carichi critici come pompe acqua, apparecchiature mediche e illuminazione di emergenza. Uno sciopero dei fulmini che elimina l'inverter potrebbe lasciare questi sistemi critici senza energia durante la stessa tempesta che ha causato l'interruzione.

Conclusioni

Gli array solari impiegati in regioni con un'elevata attività di fulmine richiedono sistemi di protezione robusti che si rivolgono a minacce dirette e indirette di sciopero. La combinazione di intercettazione esterna dei fulmini, terminali aerei, conduttori e messa a terra, con protezione interna dell'onda, SPD, legame e cablaggio attento, crea una difesa a strati che minimizza il rischio di attrezzature, personale e proprietà.