كيفية اختيار جهاز حماية من التيار المستمر (DC SPD) لأنظمة الطاقة الشمسية في إسبانيا

تتعرض الأنظمة الكهروضوئية الشمسية لزيادات مفاجئة في الجهد ناتجة عن نشاط البرق القريب، وعمليات التبديل، والاضطرابات المنقولة عبر الدوائر الكهربائية المتصلة. قد تؤدي هذه الأحداث إلى تلف العواكس، ومعدات المراقبة، وصناديق التجميع، وغيرها من المكونات الحساسة.

يتطلب اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) للمنشآت الشمسية في إسبانيا أكثر من مجرد مطابقة الجهاز مع الجهد الاسمي للنظام. يجب على المصممين والقائمين بالتركيب مراعاة أقصى جهد للدائرة المفتوحة للخلايا الكهروضوئية، وتصنيف جهاز الحماية (SPD)، وقدرة التفريغ، ومستوى حماية الجهد، ونظام التأريض، وطول الكابلات، وموقع التركيب، والمعايير المعمول بها.

ومع ذلك، فإن اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) يتضمن أكثر من مجرد مطابقة الجهاز مع الجهد الاسمي للنظام. يجب على المصممين والقائمين بالتركيب مراعاة أقصى جهد للدائرة المفتوحة للخلايا الكهروضوئية، وتصنيف جهاز الحماية (SPD)، وقدرة التفريغ، ومستوى حماية الجهد، ونظام التأريض، وطول الكابلات، وموقع التركيب، والمعايير المعمول بها.

يشرح هذا الدليل كيفية اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) للمنشآت الشمسية في إسبانيا، ويحدد المعلومات الفنية التي يجب التأكد منها قبل طلب عرض سعر.

لماذا تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى حماية من زيادة التيار المستمر (DC)

يتم تركيب الوحدات الكهروضوئية وكابلات التوصيل الخاصة بها عادةً في مناطق واسعة ومكشوفة. يمكن أن تعمل مسارات كابلات التيار المستمر الطويلة كمسارات تصل من خلالها الجهد الزائد العابر الناتج عن الصواعق وعمليات التبديل إلى العاكس (Inverter).

لا يشترط أن تنشأ زيادة التيار من ضربة صاعقة مباشرة على المصفوفة الكهروضوئية. إذ يمكن للصواعق القريبة أن تحفز جهوداً عابرة في كابلات التيار المستمر، كما أن عمليات التبديل داخل المنشأة قد تؤدي أيضاً إلى حدوث اضطرابات كهربائية.

تم تصميم جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) لـ:

• تحديد الجهد العابر عند مستوى مقبول
• تحويل تيار الزيادة نحو نظام التأريض الوقائي
• تقليل الإجهاد الكهربائي على عزل العاكس
• حماية صندوق التجميع (Combiner-box) ومكونات المراقبة
• تقليل احتمالية التوقف عن العمل الناتج عن الأضرار المرتبطة بارتفاع الجهد الكهربائي

لا يغني جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) عن استخدام المصهر، أو قاطع الدائرة، أو العازل، أو نظام التأريض، أو نظام الحماية الخارجية من الصواعق. يؤدي كل جهاز وظيفة حماية مختلفة ويجب تنسيقها كجزء من التصميم الكامل للنظام الكهروضوئي.

اللوائح والمعايير ذات الصلة بإسبانيا

تخضع التركيبات الكهربائية ذات الجهد المنخفض في إسبانيا للائحة الكهروتقنية للجهد المنخفض، والمعروفة باسم (REBT). يجب أن يأخذ التصميم المطبق في الاعتبار أيضاً التعليمات الفنية الحالية، ومواصفات المشروع، والمتطلبات المحلية، والمعايير التي تشير إليها اللائحة.

تتضمن القائمة الرسمية للمعايير الإسبانية المرتبطة بـ (REBT) ما يلي:

• UNE-EN 61643-31 – متطلبات وطرق اختبار أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) المستخدمة في التركيبات الكهروضوئية
• UNE-EN 61643-11 – متطلبات وطرق اختبار أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) المتصلة بأنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض
• UNE-HD 60364-4-443 – الحماية من زيادة الجهد العابر الناتج عن أسباب جوية أو ناتجة عن عمليات التبديل

بالنسبة لتطبيقات الطاقة الكهروضوئية الدولية، تعد وثائق اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) التالية مهمة أيضاً:

• IEC 61643-31 – متطلبات وطرق اختبار أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) في جانب التيار المستمر للمنشآت الكهروضوئية
• IEC 61643-32 – مبادئ الاختيار والتطبيق لأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) الخاصة بالتيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية
• IEC 60364-7-712 – متطلبات التركيبات الكهربائية لأنظمة إمداد الطاقة الكهروضوئية

تنطبق المواصفة IEC 61643-31 على أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) المتصلة بجانب التيار المستمر للمنشآت الكهروضوئية ذات جهد مقنن يصل إلى 1500 فولت تيار مستمر.

قد تختلف متطلبات المشروع وفقاً لنوع التركيب، وتقييم المخاطر، والموقع، وتصميم العاكس (Inverter)، ونظام الحماية الخارجية من الصواعق، ومتطلبات السلطات الإسبانية أو القائم بالتركيب المعتمد. لذلك، يجب تأكيد اختيار المنتج من قبل مصمم المشروع أو فني كهربائي مؤهل.

الخطوة 1: حساب الحد الأقصى لجهد النظام الكهروضوئي (PV Voltage)

معيار الاختيار الأول هو الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر لجهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) الخاص بالنظام الكهروضوئي، والذي يتم تحديده عادةً بـ Ucpv.

لا تقم باختيار جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) بناءً على جهد التشغيل الاسمي للعاكس فقط.

يعتمد الحد الأقصى لجهد سلسلة الألواح الكهروضوئية على:

• عدد الوحدات المتصلة على التوالي
• جهد الدائرة المفتوحة للوحدة، أو Voc
• أدنى درجة حرارة متوقعة للموقع
• معامل درجة حرارة الوحدة
• عوامل أمان التصميم المطلوبة للمشروع

يزداد جهد الألواح الكهروضوئية مع انخفاض درجة الحرارة. لذلك، يمكن أن يكون الحد الأقصى لجهد الدائرة المفتوحة في الظروف الباردة للسلسلة الكاملة أعلى من قيمته في ظروف الاختبار القياسية.

يجب أن يكون جهد التشغيل المستمر لجهاز الحماية من زيادة التيار (Ucpv) مناسباً للحد الأقصى للجهد الذي يمكن أن يظهر بشكل مستمر عبر المصفوفة الكهروضوئية.

فئات الجهد النموذجية

هذه أمثلة تطبيقية وليست قواعد اختيار تلقائية. يجب أن يعتمد جهد جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) النهائي على الحد الأقصى المحسوب لجهد النظام الكهروضوئي ومخطط التوصيل الخاص بالشركة المصنعة.

اختيار جهاز حماية من اندفاع التيار (SPD) بجهد تشغيل مستمر (Ucpv) غير كافٍ قد يؤدي إلى التشغيل المبكر أو ارتفاع درجة الحرارة أو الفصل. كما أن اختيار جهد مقنن أعلى من المطلوب دون داعٍ قد يؤدي إلى مستوى حماية من الجهد أعلى وحماية أقل فعالية للمعدات الحساسة.

الخطوة 2: اختر النوع 1 أو النوع 2 أو النوع 1+2

تُصنف أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) الخاصة بالأنظمة الكهروضوئية عادةً بناءً على تيار الصواعق الذي صُممت للتعامل معه.

النوع 2 DC SPD

يُستخدم جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) من النوع 2 بشكل شائع للحماية من زيادات التيار الناتجة عن الصواعق المستحثة وفولتية التبديل الزائدة.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

• الأنظمة الكهروضوئية على أسطح المباني السكنية
• مصفوفات الألواح الشمسية على أسطح المباني التجارية
• صناديق تجميع التيار المستمر (DC combiner boxes)
• صناديق توزيع المصفوفات
• مداخل التيار المستمر للمحولات (Inverters)
• الأنظمة التي لا يُتوقع فيها مرور تيار صاعقة مباشر في موقع جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD)

يتم تحديد أجهزة النوع 2 عادةً باستخدام تيار التفريغ الاسمي في وتيار التفريغ الأقصى إيماكس, ، بناءً على شكل موجة تيار 8/20 ميكروثانية.

جهاز حماية من التيار المستمر من النوع الأول (Type 1 DC SPD)

صُمم جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) من النوع 1 لتفريغ جزء من تيار الصاعقة. وقد يكون مطلوباً في الحالات التي يشير فيها تصميم الحماية من الصواعق إلى إمكانية دخول تيار الصاعقة إلى التمديدات الكهربائية.

يرتبط اختيار النوع 1 عادةً بـ:

• المباني المجهزة بنظام حماية خارجي من الصواعق
• التركيبات التي لا يمكن فيها الحفاظ على مسافة الفصل المطلوبة
• أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المكشوفة على نطاق المرافق
• المواقع المحددة من خلال تقييم مخاطر الصواعق
• النقاط التي قد يدخل فيها جزء من تيار الصاعقة المباشر إلى دوائر التيار المستمر

يتم التعبير عن قدرة النوع الأول (Type 1) عادةً باستخدام تيار تفريغ النبضة إيمب, ، بناءً على شكل موجة 10/350 ميكروثانية.

النوع 1+2 DC SPD

يجمع جهاز الحماية من الصواعق (SPD) من النوع 1+2 بين الحماية من تيار الصواعق والارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الحث في جهاز واحد.

يمكن اعتباره في الحالات التالية:

• مواقع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المكشوفة
• مداخل العاكس التي تتطلب حماية مشتركة
• التركيبات المزودة بنظام حماية خارجي من الصواعق
• المشاريع التي تحدد أداء النوع 1 والنوع 2 في نفس الموقع

يجب اختيار نوع جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) وفقاً لمفهوم الحماية من الصواعق الخاص بالمشروع، ولا ينبغي اختياره لمجرد أن رقم النوع الأعلى يبدو أكثر قوة.

الخطوة 3: قارن بين In و Imax و Iimp و Up

تصف تصنيفات أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) المختلفة جوانب مختلفة من الأداء.

تيار التفريغ الاسمي: In

في يشير إلى التيار الذي يمكن لجهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 2 تفريغه بشكل متكرر تحت ظروف الاختبار المحددة، وعادةً ما يستخدم شكل موجة 8/20 ميكروثانية.

يعد أحد التصنيفات الرئيسية المستخدمة عند مقارنة أجهزة الحماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 2.

أقصى تيار تفريغ: Imax

إيماكس هو أقصى تيار تفريغ بموجة 8/20 ميكروثانية يمكن للجهاز التعامل معه تحت ظروف الاختبار المحددة له.

لا يثبت تصنيف Imax المرتفع وحده أن جهاز الحماية من اندفاع التيار مناسب لتركيب معين. يجب أخذه في الاعتبار جنباً إلى جنب مع In و Up و Ucpv وسلوك الدائرة القصيرة وترتيب التوصيل ومعيار الاختبار المعمول به.

تيار تفريغ النبضة: Iimp

إيمب يُستخدم لأجهزة النوع 1 والنوع 1+2 ويمثل قدرة تحمل تيار نبضة البرق باستخدام شكل موجة 10/350 ميكروثانية.

عند الحاجة إلى حماية من النوع 1، قارن قيمة Iimp لكل قطب أو وضع حماية وفقاً لمواصفات المشروع.

مستوى حماية الجهد: Up

لأعلى يشير إلى الجهد المتبقي الذي يظهر عبر جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) أثناء اختبار التفريغ المحدد.

The Up value should be lower than the impulse withstand level of the equipment being protected. Connection cables also add voltage during a surge, so the effective protection level at the inverter can be higher than the SPD’s catalogue value.

This is why short, direct SPD connections are essential.

Step 4: Confirm the PV System Configuration

A PV DC circuit may be floating, functionally earthed, or configured according to a specific inverter topology. The SPD must use a connection arrangement suitable for that system.

Before selecting the number of poles or protection modes, confirm:

• Positive conductor configuration
• Negative conductor configuration
• PE connection
• Whether either DC pole is earthed
• Inverter insulation and monitoring method
• Required SPD wiring topology
• Number of MPPT inputs
• Number of strings and combiner boxes

Do not assume that an AC SPD with a similar voltage can be used on the PV DC side. PV systems have specific continuous-voltage and fault-current characteristics. The device should be designed and tested for photovoltaic DC applications according to IEC/UNE-EN 61643-31.

Step 5: Check Short-Circuit and Backup Protection Requirements

A PV SPD must be able to disconnect safely if it reaches the end of its service life.

Important parameters include:

• PV short-circuit withstand capability
• Internal thermal disconnector
• Required upstream backup fuse
• Maximum permissible backup protection
• Available prospective fault current
• Coordination with gPV fuses or DC circuit breakers

The external backup fuse should not be selected only according to the SPD’s physical size. Follow the SPD manufacturer’s data sheet and verify compatibility with the PV string current and the system’s fault characteristics.

The SPD protects against transient overvoltage. The gPV fuse or DC breaker protects against overcurrent and short-circuit conditions. One device cannot replace the other.

Step 6: Select the Correct Installation Location

Typical DC SPD locations include:

• PV array or string box
• صندوق تجميع التيار المستمر
• Main DC distribution cabinet
• مدخلات التيار المستمر العاكس
• Both ends of a long DC cable route

The most suitable arrangement depends on cable length, exposure, lightning protection design, equipment withstand level, and project risk assessment.

For a compact rooftop installation with short DC cable routes, a Type 2 SPD near the inverter may provide the required protection when permitted by the design.

For longer routes between the PV array and inverter, coordinated SPDs may be required at both ends. This reduces the voltage stress that can develop along the cable and improves protection for equipment at each location.

Some industry design guidance uses approximately 10 metres as a point at which additional coordination should be considered. This should not be treated as a universal rule for every Spanish installation. The final placement must follow the applicable design standard, risk assessment, cable routing, and equipment manufacturer’s instructions.

Step 7: Keep SPD Connections Short

Even a correctly rated SPD can provide poor protection if it is installed with long or badly routed cables.

During a surge, cable inductance creates additional voltage. Longer conductors can therefore increase the total voltage reaching the inverter.

Good installation practice includes:

• Keeping conductors as short and direct as possible
• Avoiding unnecessary cable loops
• Routing positive, negative, and PE connections appropriately
• Using the conductor size specified by the manufacturer
• Providing a reliable PE connection
• Avoiding sharp bends where practical
• Separating protected and unprotected conductors
• Following the SPD wiring diagram exactly

The objective is to reduce the total connection length and minimise the effective protection level at the protected equipment.

Step 8: Consider the Enclosure and Environment

DIN-rail SPD modules do not automatically provide outdoor protection. Their environmental protection depends on the enclosure in which they are installed.

For rooftop and outdoor PV systems in Spain, check:

• Enclosure IP rating
• Ambient temperature range
• UV exposure
• Condensation risk
• التهوية
• الارتفاع
• Pollution level
• Terminal torque requirements
• Accessibility for inspection and replacement

The SPD’s declared ratings apply under the operating conditions stated in its data sheet. High internal cabinet temperatures should be considered, especially in outdoor enclosures exposed to direct sunlight.

Step 9: Plan Inspection and Replacement

SPDs are not permanent, maintenance-free components. Their protective elements can deteriorate after repeated surge events.

Useful maintenance features include:

• Visual status indicator
• Replaceable plug-in cartridge
• Remote signalling contact
• Clear model and voltage identification
• Accessible DIN-rail mounting

The module should be inspected according to the maintenance plan and after significant lightning activity or a known surge event.

Replace the module when:

• The status indicator shows end of life
• The thermal disconnector has operated
• There are signs of overheating or damage
• The device fails inspection or testing
• Replacement is required by the manufacturer’s instructions

Always isolate the relevant DC circuit and follow safe working procedures before inspection or replacement.

Practical Selection Table

This table is a preliminary guide only. It does not replace the project risk assessment or the work of an authorised electrical designer.

Information to Send When Requesting a DC SPD Quotation

Providing complete technical information helps the supplier select the correct product and prevents delays.

Send the following details:

1. Country and project location
2. Residential, commercial, industrial, or utility-scale application
3. Maximum calculated PV string voltage
4. Nominal DC system voltage
5. Required Type 1, Type 2, or Type 1+2
6. Required In, Imax, or Iimp
7. Required voltage protection level
8. Number of poles and connection diagram
9. ترتيبات التأريض
10. Inverter model and number of MPPT inputs
11. موقع التركيب
12. Required quantity
13. Required certification and documentation
14. OEM label or packaging requirements
15. Delivery location and project schedule

If the SPD type is not yet confirmed, provide the PV module data, number of modules per string, minimum design temperature, inverter model, system drawing, and lightning protection information.

Common DC SPD Selection Mistakes

Avoid these common errors:

• Selecting the SPD only by nominal voltage
• Ignoring cold-condition PV string Voc
• Using an AC SPD on the DC side
• Choosing Type 2 where Type 1 capability is required
• Comparing products only by Imax
• Ignoring Up and equipment withstand voltage
• Installing the SPD with long connecting wires
• Using the wrong protection topology
• Ignoring backup-fuse requirements
• Installing indoor modules in an unsuitable outdoor enclosure
• Failing to inspect the status indicator
• Assuming one SPD automatically protects every part of a large PV installation

كيفية اختيار جهاز حماية من التيار المستمر (DC SPD) لأنظمة الطاقة الشمسية في إسبانيا

Selecting a suitable جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) للمنشآت الشمسية في إسبانيا requires coordination between the PV system voltage, lightning risk, SPD classification, installation location, earthing arrangement, and applicable Spanish requirements.

The most important steps are:

1. Calculate the maximum cold-condition PV voltage.
2. Select the correct Ucpv rating.
3. Determine whether Type 1, Type 2, or Type 1+2 is required.
4. Compare In, Imax, Iimp, and Up.
5. Confirm the system topology and number of protection modes.
6. Check short-circuit and backup-protection requirements.
7. Choose suitable installation locations.
8. Keep connecting conductors short.
9. Verify enclosure and environmental conditions.
10. Plan inspection and cartridge replacement.

KUANGYA supplies DC SPDs for solar PV applications in 600 V, 1,000 V, and 1,500 V configurations, including Type 2 and Type 1+2 options.

View the KUANGYA DC SPD range for photovoltaic systems or contact us with your system voltage, SPD type, discharge-current requirements, wiring configuration, quantity, and project location to request a data sheet and B2B quotation.

الأسئلة الشائعة

Is a Type 2 SPD suitable for every rooftop PV system?

Not automatically. Type 2 is widely used for induced lightning and switching surges, but the final selection depends on the lightning protection system, risk assessment, equipment location, and project requirements.

Can I use a 1,000 V SPD in a 1,000 V PV system?

Only if the SPD’s Ucpv is suitable for the maximum calculated PV voltage under the lowest expected temperature. Do not rely only on the nominal system description.

What is the difference between In and Imax?

In is the nominal discharge current used to evaluate repeated Type 2 surge performance. Imax is the maximum 8/20 μs discharge current the SPD can withstand under specified test conditions.

When is a Type 1+2 SPD used?

It is used where the design requires both partial lightning-current discharge and Type 2 surge-limiting performance at the same installation point.

Where should the DC SPD be installed?

Common locations include the combiner box and inverter DC input. Long cable routes or exposed systems may require coordinated SPDs at more than one location.

Which standard applies to photovoltaic DC SPDs in Spain?

UNE-EN 61643-31 is the principal Spanish standard covering requirements and test methods for SPDs used in photovoltaic installations. The complete installation must also follow the REBT and other applicable technical requirements.

Technical References

• Spain’s Low-Voltage Electrotechnical Regulation – REBT
• 2025 Spanish list of standards referenced by the REBT
• IEC 61643-31: Requirements for PV surge protective devices
• IEC 61643-32: Selection and application of PV DC SPDs
• IEC 60364-7-712: Requirements for PV installations

This article provides general technical guidance. Final SPD selection and installation should be verified by the responsible project designer or an authorised electrical professional in accordance with current Spanish requirements.