یک سیستم فتوولتائیک در طول دوره بهره‌برداری ممکن است به دفعات در معرض اضافه ولتاژ قرار گیرد. چه منشا این اضافه ولتاژ شبکه برق باشد (برای سیستم آنگرید) که سیستم فتوولتائیک بدان متصل می‌شود یا از سمت پنل‌ها، عمدتا دو عامل اساسی خواهد داشت: 1- کلیدزنی  2- صاعقه. این دو عامل تقریبا تمامی مواردی که سیستم‌های فتوولتائیک را دچار اضافه ولتاژ می‌کند شامل می شود.

پنل‌های فتوولتائیک الزاما در محیط باز و در معرض نور خورشید نصب می‌شوند. این بدین منظور است تا بتوانند حداکثر نور خورشید را برای تولید انرژی الکتریکی جذب کنند. همین موضوع کافیست تا آنها را در معرض صاعقه قرار دهد. صاعقه می‌تواند در زمان بسیار کمی بار الکتریکی بسار زیادی را به پنل‌ها منتقل کند و این بار الکتریکی منجر به تولید ولتاژ با مقادیر بالا شود. حتی اگر سیستم‌های ارت حفاظتی به درستی عمل کنند، بخشی از این اضافه ولتاژ ممکن است به اینورتر، پنل‌ها و سایر تجهیزات منتقل شود. این نوع اضافه ولتاژ می‌تواند از چند ده برابر ولتاژ نامی سیستم  متجاوز شود.

با توجه به گستردگی شبکه‌های توزیع برق و اینکه آنها طیف وسیعی از مشترکین برق را در گستره بسیار بالایی تغذیه می‌کنند، در هر زمان  برای تغییر مسیرهای تغذیه، مانور خطوط یا دلایلی دیگر ممکن است عملیات کلیدزنی (switching) انجام شود. عملیات کلیدزنی منجر به این خواهد شد که موج های گذرا با دامنه چند ده برابر دامنه شکل موج اصلی بر روی خطوط سوار شوند. طول زمانی که این موج ها بر روی خطوط منتقل می شوند  بسیار کوتاه می‌باشد (البته به پارامترهای ذاتی خطوط بستگی دارد). در خطوطی که نیروگاه‌های فتوولتائیک متصل به شبکه وجود دارند، این موج ها خود را به اینورتر رسانده و در صورت عدم شناسایی و تخلیه می‌توانند منجر به آسیب رساندن به تجهیزات نیروگاه خورشیدی مخصوصا اینورتر شوند.

SPD برای محدود کردن ولتاژهای گذرا ناشی از شرایط جوی یا کلیدزنی و منحرف کردن این امواج به زمین طراحی شده است به گونه‌ای که دامنه این ولتاژ را به مقداری محدود می‌کند که برای تاسیسات الکتریکی و تابلو برق خطرناک نباشد. زمانیکه اضافه ولتاژ بر روی تاسیات الکتریکی ظاهر شود، SPD ها این اضافه ولتاژ را تشخیص داد و آنها را به زمین هدایت می‌کنند. پس از رفع اضافه ولتاژ، SPD به حالت عادی برگشته و ولتاژ نرمال را به تاسیسلت الکتریکی باز می‌گرداند. تمامی این فرآیند در کسری از ثاتیه رخ می‌دهد. بنابراین SPD ها تجهیزاتی با عملکرد فوق سریع می‌باشند. این تجهیزات اضافه ولتاژ را در دو حالت حذف می‌کنند:

• در حالت مشترکی ، بین فاز و خنثی یا زمین؛
• در حالت دیفرانسیلی ، بین فاز و خنثی.

در صورت وجود ولتاژ بیش از آستانه بهره برداری  SPD :

• در حالت مشترکی انرژی را به زمین هدایت می کند.
• در حالت دیفرانسیلی انرژی را به سایر رساناهای برقدار توزیع می کند.

SPD نوع 1 در موارد خاص و برای  ساختمانهای خدماتی و صنعتی محافظت شده توسط سیستم حفاظت از رعد و برق یا قفسه مشبک  توصیه می‌شود. این نوع SPD از تاسیسات برقی در برابر ضربه‌های صاعقه مستقیم محافظت کرده و می‌تواند جریان برگشتی از صاعقه را از طریق رسانای زمین  تخلیه کند. SPD نوع 1 با یک موج جریان 10/350μs توصیف می‌شود.

SPD نوع 2 سیستم اصلی محافظت در مورد تمام تاسیسات برقی با ولتاژ فشار ضعیف (کمتر از 1000 ولت ) است. در هر تابلو برق نصب شده ، از جاری شدن ولتاژ بیش از حد در تاسیسات برقی جلوگیری کرده  و از مصرف کنندگان محافظت می‌کند. SPD نوع 2 با یک موج جریان 8/20 میکرثانیه مشخص می‌شود.

این SPD ها ظرفیت تخلیه کم دارند. بنابراین آنها باید الزاما به عنوان مکمل SPD نوع 2 و در مجاورت بارهای بسیار حساس مانند تجهیزات مخابراتی، درایوها، سیستم‌های کامپیوتری و …. نصب شوند. SPD نوع 3 با ترکیبی از امواج ولتاژ (1.2 / 50  میکروثانیه) و امواج جریان (8/20 میکروثانیه) مشخص می‌شود.

• _{جریان ضربه (Iimp ) :این مقدار اوج جریان موج 10/350 میکروثانیه برای SPD نوع 1 است که SPD   حداقل یکبار قادر به تخلیه آن خواهد بود. استاندارد IEC 62305 حداقل جریان ضربه 25 کیلوآمپر بر قطب را برای سیستم‌های سه فاز الزام کرده است. این بدان معنی است که برای یک شبکه 3P + N ، باید SPD قادر به مقاومت در برابر حداکثر جریان ضربه کل  100kA در محل اتصال زمین باشد.}
  
•  

• جریان خود خاموش کننده (I_fl ): این مشخصه برای SPD نوع 2 است و صرفا برای تکنولوژی شکاف هوایی کاربرد دارد. در واقع جریانی (50 هرتز) است که SPD قادر به قطع آن در زمان بروز اضافه ولتاژ یا صاعقه می‌باشد. این جریان باید از جریان اتصال کوتاه تاسیسات الکتریکی در محل نصب بیشتر باشد.

• _{ولتاژ مدار باز (Uoc) :} ولتاژ مدار بازی است که برای آزمون های تست SPD نوع 3 اعمال می شود.