PARARRAYOS - PROTECCIÓN SOBRETENSIONES

Tomas de tierra - Soldadura Exotérmica - Detectores de tormenta

Pararrayos - Aplicaciones Tecnológicas: Especialistas en protección contra el rayo, sobretensiones transitorias y permanentes, detectores de tormentas.

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El 32 por ciento de los daños en parques fotovoltaicos están causados por el rayo

21/03/2019

El cambio climático se ha convertido en una de las principales preocupaciones de la sociedad. Por ello, el uso de energías renovables, que no producen emisiones contaminantes ni gases de efecto invernadero, está en auge.

Proteccion contra el rayo en campos solares    

Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE) las energías renovables son la segunda fuente global de electricidad y según la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), la generación de energías limpias aumentó en 2017 más de un 8%, sobrepasando los 2.179 GW en todo el mundo. Entre todas las energías renovables, destaca la fotovoltaica que supone un 32% del total y cuenta con un crecimiento anual del 10%.

Las instalaciones fotovoltaicas están expuestas a condiciones meteorológicas que pueden afectar a su rendimiento. Se sitúan en zonas amplias con nivel de radiación solar alto despejadas de árboles y objetos de mayor altura, características que están relacionadas con el riesgo de caída de rayos.

Más del 32% de los daños en placas solares son causados por el rayo, situando las descargas atmosféricas como la primera causa de deterioros (Instituto Sudafricano de Ingenieros Eléctricos). Las instalaciones de una capacidad igual o mayor a 100MW pueden estar conectadas directamente a la red eléctrica, por lo que el impacto de un rayo podría afectar, no solo a la instalación, sino también a la red.

El impacto directo y el efecto inductivo del rayo pueden deteriorar, e incluso destruir, los módulos de las placas fotovoltaicas, los reguladores de carga y otros componentes electrónicos de la instalación.

Estos daños conllevan pérdidas económicas por costes de sustitución y reparación de las piezas deterioradas, además de una reducción en la vida útil y el rendimiento de las placas solares. Este último aspecto es de gran importancia ya que el retorno de la inversión de una instalación fotovoltaica se da aproximadamente a los 20 años, periodo que aumenta si se producen daños y deterioros.

El efecto de las descargas atmosféricas en los parques solares, hace imprescindible protegerlos, utilizando protectores contra sobretensiones y pararrayos.

Protección interna contra el rayo para evitar sobretensiones en parques solares

El impacto de un rayo, ya sea en la propia planta fotovoltaica o en zonas cercanas, puede provocar una sobretensión en el sistema eléctrico y causar deterioros o destrucción de los componentes electrónicos de la instalación.

Tales son los daños, que la normativa internacional IEC 60364-7-712 recomienda el uso de protectores contra sobretensiones, y la Asociación Alemana de Aseguradoras requiere su integración en instalaciones fotovoltaicas superiores a 10kW.

Los parques solares utilizan, a diferencia de otros métodos de generación de energía, corriente continua (DC). Por esto, la protección contra sobretensiones de los parques solares debe ser específica para sistemas DC y se deberán instalar en todos los sistemas que puedan verse afectados por el rayo.

Componentes de las plantas fotovoltaicas que deben estar protegidos contra sobretensiones

  • Estaciones inversoras cuyo objetivo es convertir la corriente continua en alterna. Es obligatorio en las plantas fotovoltaicas que estén conectadas a la red eléctrica. Todos los componentes de las estaciones inversoras deben estar protegidos contra sobretensiones, incluyendo cajas de conexiones y el inversor.
  • Sistemas de comunicación utilizados para monitorizar el rendimiento de la instalación fotovoltaica y conocer en tiempo real los fallos en el funcionamiento de las placas solares.
     
  • Módulos de mantenimiento remoto preventivo de las placas fotovoltaicas.

También es recomendable que todas las placas fotovoltaicas cuenten con cables apantallados para que la corriente parcial del rayo pueda circular por la pantalla de cable sin dañar sus células solares.

Protección externa contra el rayo para evitar daños en parques solares

Para evitar que el rayo impacte en los módulos de las plantas fotovoltaicas, en las casetas de inversores u otras áreas de la instalación se recomienda el uso de pararrayos.

Es imprescindible que durante la etapa de diseño se optimice la ubicación y el número de pararrayos para que se produzcan las menores sombras posibles en las placas fotovoltaicas, y evitar así su efecto adverso en la producción energética.

Las sombras, ya sean producidas por el pararrayos como por otro objeto, pueden ser difusas o definidas.

  • Sombras difusas: Aparecen cuando los pararrayos u otros objetos no están cerca de las placas solares y no afectan a las placas solares.
  • Sombras definidas: Aparecen cuando el objeto, en este caso un pararrayos, se sitúa cerca de la placa solar. Tienen un doble efecto negativo: Disminución de la producción energética y daños en los paneles fotovoltaicos.

Por un lado, estas sombras causaran una menor producción energética de la placa solar y, por tanto, menores ingresos. Sin embargo, el efecto más importante es el de las sombras definidas. Cuando algunas de las células solares de la placa están sombreadas, estas empiezan a consumir energía, creando puntos de sobrecalentamiento.

Para evitarlo, se activan los diodos de bypass (de paso) que ofrecen un camino alternativo a la corriente, minimizando los posibles daños. Sin embargo, dependiendo de la calidad de los diodos de bypass y de las células solares, la protección de los puntos de sobrecalentamiento puede no ser suficiente. De ser así, los componentes electrónicos de las placas fotovoltaicas se deteriorarían, llegando incluso a destruirse. Además, el uso de estos diodos supone un consumo de energía.

Por esto, es indispensable optimizar el número y localización de pararrayos. En este sentido es recomendable el uso de dispositivos con una gran área de protección, como Pararrayos con Dispositivo de Cebado (PDC),  ya que implicarán la utilización de menos pararrayos.

Pararrayos PDC en plantas fotovoltaicas

Los Pararrayos con Dispositivo de Cebado (PDC), también conocidos como pararrayos activos, permiten una gran cobertura. A diferencia de otros pararrayos, los PDC emiten un trazador ascendente continúo con un tiempo de avance, permitiendo captar el rayo antes que cualquier otro objeto dentro de su radio de protección. Este tiempo de avance en el cebado determina el radio de protección del PDC: cuanto mayor sea el tiempo de avance, mayor será el área de protección y, por tanto, aparecerán menos sombras.

Una de las ventajas de los pararrayos con dispositivo de cebado DAT CONTROLER® de Aplicaciones Tecnológicas, frente a otros PDCs, es que su mantenimiento se puede realizar de forma remota.

Sistemas de puesta a tierra en instalaciones fotovoltaicas

Los sistemas de puesta a tierra son una parte fundamental de todas las instalaciones eléctricas, incluyendo los sistemas fotovoltaicos. Su función es disipar en el terreno las intensidades de corriente, ya sean debidas a descargas atmosféricas o de defecto. De esta manera, los sistemas de puesta a tierra permiten evitar que las diferencias de potencial puedan dañar las instalaciones o a las personas.

Uniones en la toma de tierra

Los parques fotovoltaicos, al contar con corriente continua (DC), deberán conectar a tierra en un único punto, es decir, tener una única tierra. De no ser así, los reguladores de carga, los inversores y otros componentes sensibles de la planta solar podrían dañarse.

La manera de hacerlo es uniendo todas las tierras, utilizando conexiones permanentes o soldadas que aseguren su durabilidad. La soldadura exotérmica, a diferencia de las uniones mecánicas, permite realizar uniones que no se degradan ni se deterioran con el tiempo.

En caso de que el parque fotovoltaico esté conectado directamente a la red eléctrica, el Reglamento de Baja Tensión español especifica que la tierra del neutro de la empresa distribuidora de energía deberá ser independiente a la de la planta solar.

Sistema de puesta a tierra en parques solares

Resistencia de la tierra

La resistencia de la tierra es de gran importancia en cualquier instalación eléctrica, ya que determina la facilidad de disipación de las corrientes. La resistividad del terreno depende de su humedad y de los materiales que lo componen. Según la normativa internacional IEC 60364-4-4-442, la resistencia de las tierras de plantas fotovoltaicas deberá ser igual o menor a 10Ω.

Para alcanzar este valor se recomienda el uso de mejoradores de terreno como APLICEM®, cemento conductor de Aplicaciones Tecnológicas que permite mejorar la puesta a tierra.

Si está interesado en proteger su instalación fotovoltaica frente al rayo, no dude en ponerse en contacto con nosotros.