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La importancia de la protección contra rayos en sistemas fotovoltaicos con almacenamiento de energía

En los sistemas fotovoltaicos (FV) con almacenamiento de energía, el sistema de protección contra rayos (SPR, Sistema de Protección contra Rayos) es un componente fundamental para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema, reducir las pérdidas materiales y evitar lesiones o muertes humanas. Su importancia puede desarrollarse desde tres dimensiones: las características del sistema, los peligros de los rayos y el valor económico y de seguridad, con un análisis específico combinado con los escenarios de aplicación de los sistemas FV con almacenamiento de energía (instalación al aire libre, alto voltaje de corriente continua, unidades de almacenamiento de energía de batería).

I. La susceptibilidad de los sistemas FV con almacenamiento de energía a los rayos determina la necesidad de protección contra rayos

Instalación al aire libre y expuestaLos módulos fotovoltaicos suelen instalarse en tejados o terrenos abiertos, y los contenedores de almacenamiento de energía se colocan en su mayoría como equipo complementario en las zonas de las plantas fotovoltaicas. Ambos son áreas de alto riesgo de impacto de rayos. En particular, las plantas fotovoltaicas terrestres cuentan con arreglos de módulos cuya altura supera el terreno circundante, lo que las convierte en objetivos vulnerables a los rayos directos. Estos pueden golpear directamente los módulos, los soportes o las unidades de almacenamiento de energía, mientras que los rayos inducidos (impulsos electromagnéticos) pueden penetrar a distancia en el interior del sistema por acoplamiento a través de las líneas de alimentación y las líneas de señalización.

Características de alto voltaje de corriente continua (CC)El voltaje de CC de salida de los arreglos fotovoltaicos en serie puede alcanzar 600 V – 1500 V, mucho mayor que el de los sistemas de distribución de baja tensión convencionales. Las sobretensiones causadas por los rayos se superponen a la barra de CC, dañando los componentes aislantes de los inversores, las cajas de conexión y los sistemas de conversión de potencia (SCP). Además, los sistemas de CC no tienen punto de cruce por cero, lo que dificulta la extinción del arco. En caso de fallo de aislamiento, es muy probable que se produzca un cortocircuito sostenido y un incendio.

Riesgos de incendio y explosión de las unidades de almacenamiento de energíaEl núcleo de los sistemas de almacenamiento de energía está formado por baterías de litio (fosfato de hierro y litio, litio ternario, etc.), que son extremadamente sensibles a las sobretensiones y sobrecorrientes. Las corrientes de sobretensión provocadas por los rayos pueden causar un embalamiento térmico en el interior de las baterías, lo que a su vez desencadena incendios y explosiones y provoca accidentes de seguridad más graves que los de los sistemas fotovoltaicos convencionales.

II. Los múltiples peligros de los rayos para los sistemas FV con almacenamiento de energía

Destrucción de equipos y parálisis del sistema

Los rayos directos pueden quemar directamente los módulos fotovoltaicos, los inversores, los SCP y los grupos de baterías, lo que provoca el desecho de los equipos esenciales.

Las sobretensiones eléctricas generadas por los rayos inducidos pueden dañar los componentes semiconductores (IGBT, MOSFET), las tarjetas de control y los sensores del interior de los equipos, provocando la parada del sistema. Además, los componentes dañados de forma latente pueden fallar repentinamente durante el funcionamiento posterior, aumentando la dificultad de la operación y mantenimiento.

Accidentes de seguridad: incendios y electrocución

Los arcos de cortocircuito de CC causados por los rayos y el embalamiento térmico de las baterías son unas de las principales causas de incendios en las plantas fotovoltaicas con almacenamiento de energía.

La degradación del aislamiento de los equipos puede provocar la electrificación de las carcasas, exponiendo al personal de operación y mantenimiento al riesgo de electrocución.

Pérdidas económicas e interrupciones de suministro eléctrico

El reemplazo de equipos clave, las pérdidas de generación de electricidad debidas a la parada del sistema y los costos de reparación después de un incendio suponen una pesada carga económica para los explotadores de las plantas.

Los sistemas de almacenamiento de energía cumplen funciones como la reducción de picos de demanda y el suministro de energía de emergencia. Una parada provocada por un rayo alterará la estabilidad de la red eléctrica o interrumpirá el suministro a cargas críticas.

Incumplimiento de los requisitos normativosLa aceptación de proyectos de sistemas FV con almacenamiento de energía debe cumplir con normativas como la IEC 62305 (Protección contra rayos), la IEC 61643 (Dispositivos de protección contra sobretensiones) y la GB 50057 (Código de diseño de protección contra rayos de edificios). Los proyectos sin medidas eficaces de protección contra rayos no pueden pasar la aceptación y tienen pocas posibilidades de obtener indemnizaciones de seguros.

III. Valor a largo plazo de la protección contra rayos: garantizar la seguridad y los beneficios del sistema durante todo su ciclo de vida

Reducción de costos de operación y mantenimientoUn sistema robusto de protección contra rayos puede reducir considerablemente la tasa de fallo de los equipos, evitar paradas frecuentes para mantenimiento y prolongar la vida útil de los módulos fotovoltaicos, las baterías de almacenamiento y los equipos electrónicos de potencia.

Mejora de la fiabilidad de la plantaLas medidas de protección contra rayos pueden resistir eficazmente catástrofes naturales como los rayos, garantizando el funcionamiento estable del sistema durante las estaciones con alta actividad de tormentas y asegurando los beneficios a largo plazo de la planta.

Cumplimiento de los requisitos reglamentarios de seguridadCon la creciente frecuencia de incendios en las plantas fotovoltaicas con almacenamiento de energía, las autoridades reguladoras nacionales e internacionales imponen requisitos cada vez más estrictos en materia de protección contra rayos y protección contra sobretensiones. Un diseño de protección contra rayos conforme es un requisito previo para la operación legal del proyecto.

Conclusión

La protección contra rayos para los sistemas FV con almacenamiento de energía no es una configuración opcional, sino un eslabón técnico fundamental directamente relacionado con la seguridad del sistema, los beneficios económicos y la operación conforme. Es necesario diseñar un esquema coordinado de protección contra rayos directos (pararrayos, conductores de descarga, conexión a tierra) y protección contra rayos inducidos (dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS), conexiones equipotenciales), según la intensidad de la actividad de tormentas del emplazamiento del proyecto (número de días de tormenta) y el método de evaluación de riesgos especificado en la IEC 62305. Esto permite garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema durante todo su ciclo de vida.

LEISIDUN se especializa en la producción y fabricación de productos de protección contra rayos para plantas fotovoltaicas de almacenamiento BESS y granjas solares PV, cumpliendo con estándares técnicos como NF C17-102:2011 y IEC62305. Nuestros productos incluyen: pararrayos ESE de descarga anticipada, soportes, conductores de bajada, electrodos de puesta a tierra, accesorios de puesta a tierra, materiales de soldadura exotérmica, materiales para mejorar la conexión a tierra. LSD puede ofrecer soluciones integrales de protección contra rayos para instalaciones de energía renovable.