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La mayoría de las cajas de distribución de corriente continua solar (DCDB) están equipadas con un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) de tipo 2 para corriente continua, diseñado para corrientes de sobretensión de 8/20 µs; se requiere un SPD de tipo 1+2 para corriente continua cuando el circuito de corriente continua está expuesto a descargas directas de rayos o cuando la instalación carece de un sistema externo de protección contra rayos. Esta guía explica cómo decidir qué SPD debe incluirse en tu DCDB, cómo adaptar su tensión nominal de CC a la instalación y qué hay que comprobar antes de especificar una unidad, de modo que el dispositivo proteja al inversor en lugar de convertirse en un punto débil.
Un DCDB es el punto de distribución de corriente continua que combina la salida de varias cadenas fotovoltaicas y alimenta al inversor, y en el que se alojan los fusibles de cadena o los disyuntores de corriente continua, la barra colectora y el SPD. El término se solapa con el de “caja combinadora fotovoltaica”; en esta página web se aborda la función más amplia de esa caja en la sección Guía sobre cajas de conexión solar, mientras que este artículo se centra en una decisión concreta: qué tipo de SPD instalar en la caja de distribución de corriente continua y cómo especificarlo correctamente.
Los cables de CC que discurren entre el campo fotovoltaico y el DCDB actúan como antenas largas. Una descarga de rayo cercana induce sobretensiones transitorias en esos cables, incluso cuando el rayo no llega a tocar la instalación; las operaciones de conmutación y el disparo de fusibles o interruptores en el circuito de CC añaden transitorios más pequeños pero más frecuentes. Sin un SPD en el DCDB, esas sobretensiones llegan directamente a la entrada del inversor, a la etapa MPPT y a los condensadores del bus de corriente continua, que son los componentes con mayor probabilidad de fallar y los más caros de sustituir.
Un SPD instalado en el interior del DCDB, cerca del punto en el que los cables de CC entran en la caja y donde la barra colectora alimenta el inversor, es la forma habitual de limitar estas sobretensiones antes de que lleguen a los equipos sensibles. Por eso, la protección contra sobretensiones es una opción habitual de serie en los DCDB comerciales y, por ello, su instalación a posteriori suele ser la primera mejora recomendada para las cajas que se suministraron sin ella.
La respuesta depende de la exposición a sobretensiones del circuito de corriente continua, no del tamaño de la caja. Los tipos de SPD se definen según la forma de onda de ensayo a la que deben resistir: los dispositivos de tipo 1 se someten a ensayo con la forma de onda de 10/350 µs, que representa la corriente directa de rayo, mientras que los de tipo 2 se someten a ensayo con la forma de onda de 8/20 µs, que representa las sobretensiones inducidas y de conmutación. Un SPD de tipo 1+2 es un único módulo probado frente a ambas. Las diferencias se explican con más detalle en la comparación de la página web de Dispositivos de protección contra sobretensiones de tipo 1 frente a los de tipo 2.
En la práctica, hay dos configuraciones que abarcan prácticamente todas las DCDB:
| Situación en el lugar de los hechos | Tipo de SPD incluido en la DCDB | Forma de onda típica de prueba |
|---|---|---|
| Ya se trate de una instalación en azotea o de un sistema de tamaño pequeño o mediano, los cables de corriente continua son cortos o ya están protegidos por un sistema externo de protección contra rayos (LPS); el circuito de corriente continua no está expuesto a impactos directos de rayos. | SPD de CC de tipo 2 — la opción más habitual para las DCDB | 8/20 µs |
| Instalación en suelo o tramos largos de cable de corriente continua expuestos sin sistema de protección contra rayos (LPS); los impactos directos de rayos pueden inyectar corriente en el circuito de corriente continua. | SPD de CC de tipo 1+2, o un SPD de tipo 1 aguas arriba más uno de tipo 2 dentro del DCDB | 10/350 µs y 8/20 µs |
Las formas de onda y las definiciones de clases se ajustan a las normas IEC 61643-11 e IEC 61643-31. La necesidad de contar con una capacidad de tipo 1 siempre debe confirmarse mediante una evaluación del riesgo de rayos para cada emplazamiento concreto.
Si el campo fotovoltaico, la DCDB y el cableado de CC se encuentran todos dentro del volumen protegido de un sistema externo de protección contra rayos (por ejemplo, un sistema instalado en la azotea bajo el LPS del edificio), normalmente se considera que el circuito de CC no está expuesto directamente y lo adecuado es utilizar un SPD de tipo 2. Si el parque fotovoltaico se encuentra en terreno abierto sin sistema de protección contra rayos (LPS), o si los cables de CC recorren largas distancias fuera de cualquier volumen protegido, el circuito de CC puede conducir corriente de rayo directa y el SPD debe incluir una etapa de tipo 1 (con capacidad de 10/350 µs).
En el caso de las plantas de energía solar en suelo a escala industrial y comercial, la especificación habitual es un SPD de CC de tipo 1+2 en la entrada del DCDB: un módulo capaz de soportar la corriente de un impacto directo y que, al mismo tiempo, limite las frecuentes sobretensiones inducidas. En instalaciones muy grandes, la protección a veces se organiza por etapas: un SPD de tipo 1 en el punto de distribución del campo fotovoltaico y un SPD de tipo 2 en la salida del DCDB o en la entrada del inversor. En cualquier caso, el SPD del DCDB debe seleccionarse según la ficha técnica, no según el tamaño de la caja: los factores decisivos son la exposición del emplazamiento a los rayos y la evaluación de riesgos resultante.
En el caso de los sistemas residenciales, los instalados en tejados comerciales y la mayoría de los sistemas C&I que no están expuestos a descargas directas, la respuesta a la pregunta “¿qué SPD se utiliza en un DCDB solar?” es un SPD de CC de tipo 2. Protege la entrada del inversor y el bus de corriente continua contra picos de tensión inducidos por rayos y transitorios de conmutación; es lo suficientemente compacto como para caber en el espacio estándar de un carril DIN dentro de la caja, y es la configuración que la mayoría de los fabricantes de DCDB establecen como predeterminada de fábrica. Para obtener más información sobre el proceso de selección —parámetros técnicos, aplicaciones y errores comunes—, consulta la sección de la página web Guía de selección de supresores de sobretensión de CC de tipo 2.
El error más habitual en las especificaciones es adquirir un SPD cuya tensión nominal no se ajuste al sistema de corriente continua. El parámetro relevante para los SPD fotovoltaicos es la tensión máxima de funcionamiento continuo, indicada Ucpv. La tensión Ucpv del SPD debe mantenerse por encima de la tensión máxima que puede presentar el circuito de corriente continua en funcionamiento continuo; en el caso de un campo fotovoltaico, se trata de la tensión en circuito abierto de la cadena, corregida en función de la temperatura más baja prevista, y no únicamente de la tensión nominal del sistema.
En la práctica, esto significa seleccionar el siguiente valor nominal de Ucpv por encima de la tensión máxima en circuito abierto del campo fotovoltaico, en lugar de ajustarse al rango nominal de MPPT del inversor. Los valores nominales habituales de Ucpv para los SPD fotovoltaicos de CC son, aproximadamente, 500 V, 600 V, 800 V, 1000 V, 1200 V y 1500 V, y la regla empírica exacta (muchos fabricantes especifican un Ucpv ≥ aproximadamente entre 1,1 y 1,2 veces la tensión correspondiente del campo fotovoltaico) debe consultarse en la ficha técnica del SPD que se pretenda utilizar. En cuanto al extremo de alta tensión, la instalación Guía de selección de SPD de 1500 V CC trata en detalle las matrices de 1500 V.
Un SPD con una Ucpv inferior a la tensión del circuito está sometido a una tensión continua y falla prematuramente; un SPD con una Ucpv innecesariamente alta limita la tensión a un valor más alto y puede que no proteja el inversor. La potencia nominal debe ajustarse al valor adecuado, no maximizarse.
Una vez determinados el tipo (Tipo 2 o Tipo 1+2) y la tensión nominal, comprueba los demás parámetros con la ficha técnica. En la tabla siguiente se indica qué significa cada valor nominal para una aplicación DCDB; las explicaciones completas de los parámetros del SPD se encuentran en la guía del sitio web sobre Especificaciones SPD de Iimp, In, Imax y Up.
| Parámetro | Qué significa dentro de una DCDB | Valor típico que hay que tener en cuenta |
|---|---|---|
| Corriente nominal de descarga (In) | Corriente de sobretensión que el SPD puede soportar repetidamente en la onda de prueba de 8/20 µs sin sufrir deterioro alguno | 20 kA por polo es la especificación habitual para los SPD de tipo DCDB. |
| Corriente máxima de descarga (Imax) | La sobretensión máxima de 8/20 µs que el SPD puede soportar una sola vez | Lo habitual son 40 kA; en zonas expuestas, el valor es mayor. |
| Nivel de protección contra sobretensiones (Up) | Tensión de recorte que deja pasar el SPD; debe ser inferior a la tensión de resistencia de la entrada del inversor | Depende del UCPV; compruébalo en la ficha técnica del inversor. |
| Resistencia al cortocircuito (Iscpv) | Corriente de cortocircuito fotovoltaico que pueden soportar los terminales del SPD en caso de fallo, coordinada con su protección de respaldo | Adaptado a la potencia nominal de la derivación DCDB y al fusible o disyuntor de respaldo |
| Señal remota / contacto de estado | Contacto seco que notifica el fin de la vida útil del SPD a un sistema de monitorización | Muy útil en instalaciones comerciales; el indicador visual verde/rojo es el mínimo |
La ventana de estado verde/roja situada en la parte frontal del módulo constituye la primera línea de defensa: un indicador rojo significa que el SPD ha llegado al final de su vida útil y ya no protege el circuito, por lo que es necesario sustituir el módulo e investigar la causa de la avería antes de volver a poner el sistema bajo tensión.
La ubicación dentro de la caja es tan importante como el tipo de esta. Hay tres reglas que rigen casi todas las instalaciones correctas:
Un SPD está diseñado para ser un componente sacrificable: al final de su vida útil, puede fallar y provocar un cortocircuito, y un SPD de CC en cortocircuito en una matriz activa supone un riesgo de incendio, a menos que se pueda interrumpir el circuito. Por eso, la derivación del SPD dentro de un DCDB suele estar protegida por su propio dispositivo de respaldo —un fusible gPV o un MCB para corriente continua dimensionado según la ficha técnica del SPD—, lo que además permite al personal de mantenimiento aislar el SPD sin tener que desconectar todo el circuito de corriente continua.
La selección del dispositivo de respaldo no es arbitraria: la ficha técnica del SPD indica el fusible o interruptor de respaldo de máxima intensidad permitida, y el dispositivo elegido también debe poder disipar la corriente de cortocircuito fotovoltaica disponible en el DCDB. La selección de dicho dispositivo se explica paso a paso en la guía para Selección de fusibles de reserva o disyuntores SPD.
El SPD de CC de tipo 2 es el más habitual en una red de distribución de corriente continua solar (DCDB). Protege el circuito de CC frente a sobretensiones inducidas por rayos y transitorios de conmutación con una capacidad de 8/20 µs, lo que cubre los sistemas instalados en tejados y la mayoría de los sistemas comerciales. Los SPD de CC de tipo 1+2 se instalan cuando el circuito de CC está expuesto a descargas directas de rayos, normalmente en parques solares en suelo y en tramos largos de cable de CC sin protección.
La diferencia radica en la forma de onda de ensayo a la que debe resistir cada tipo. Un SPD de tipo 2 se somete a ensayo con la onda de 8/20 µs, que representa las sobretensiones inducidas y de conmutación. Un SPD de tipo 1+2 se somete además a la prueba con la onda de 10/350 µs, que representa la corriente directa de rayo, por lo que puede soportar mucha más energía en un solo evento. Los módulos de tipo 1+2 se utilizan cuando la evaluación de riesgos de la instalación exige esa capacidad de protección contra impactos directos de rayo.
Normalmente no. Si el conjunto de paneles solares de la azotea, la DCDB y el cableado de CC se encuentran dentro del volumen protegido del sistema externo de protección contra rayos del edificio, suele bastar con un SPD de CC de tipo 2. Se requiere un SPD de tipo 1 o de tipo 1+2 cuando el circuito de corriente continua puede ser alcanzado directamente por un rayo o cuando así lo exige una evaluación de riesgos de rayos para el emplazamiento.
Hay que ajustar la tensión máxima de funcionamiento continuo (Ucpv) del SPD a la tensión más alta que pueda presentar el circuito de CC —la tensión en circuito abierto de la cadena, corregida para la temperatura más baja prevista— y seguir la regla de clasificación que figura en la ficha técnica específica del SPD. Seleccionar el SPD basándose únicamente en la tensión MPPT nominal del inversor es un error habitual que provoca que el SPD se vea sometido a una sobrecarga o que entre en acción demasiado tarde para proteger el inversor.
Sí. La ficha técnica del SPD especifica un fusible de respaldo o un interruptor diferencial (MCB) para corriente continua (CC) de valor máximo, y dicho dispositivo debe instalarse en la derivación del SPD. Este interrumpe la corriente de cortocircuito fotovoltaica si el SPD presenta un cortocircuito al final de su vida útil y permite al personal de mantenimiento aislar el SPD sin necesidad de desconectar todo el circuito de CC. La capacidad de reserva se toma de la ficha técnica del SPD, no se elige libremente.
Un SPD correctamente especificado en el DCDB protege todo lo que se encuentra a continuación del mismo —principalmente la entrada del inversor y el bus de corriente continua—. No puede proteger los equipos conectados aguas arriba de su punto de montaje, y las instalaciones muy grandes o muy dispersas suelen protegerse por etapas (tipo 1+2 en la distribución del campo fotovoltaico, tipo 2 en el DCDB o en el inversor). El nivel de protección contra sobretensiones del SPD también debe estar por debajo de la tensión de resistencia del inversor al que protege, por lo que la afirmación de que “un SPD sirve para todo” solo es cierta dentro de esos límites.
El SPD integrado en un DCDB solar suele ser un SPD de CC de tipo 2 homologado según la norma IEC 61643-31, que se actualiza a un módulo de tipo 1+2 siempre que el circuito de CC pueda sufrir un impacto directo. Sea cual sea el tipo que requiera la instalación, la especificación sigue dependiendo de tres detalles: un Ucpv adaptado a la tensión máxima real del campo fotovoltaico, un nivel de protección de tensión inferior a la resistencia del inversor y una protección de respaldo dimensionada según la ficha técnica del SPD, con un cableado corto y directo dentro de la caja. Si se cumplen estos requisitos, el DCDB cumple su función: recoger las cadenas y suministrar energía de CC limpia y protegida al inversor.
Si está seleccionando dispositivos SPD para un proyecto DCDB y necesita que los valores nominales de tensión continua, la clase de sobretensión y la protección de respaldo se adapten a su sistema, Envía al equipo técnico de GA&DA la tensión de tu sistema de corriente continua, la configuración del parque fotovoltaico y la exposición a sobretensiones., y ellos confirmarán que la configuración del SPD sea la adecuada.
