Przegląd
Pośrednie uderzenia piorunów są destrukcyjne.Anegdotyczne obserwacje dotyczące aktywności piorunowej są zwykle słabym wskaźnikiem poziomu przepięcia wywołanego piorunem w panelach fotowoltaicznych.Pośrednie uderzenia pioruna mogą łatwo uszkodzić wrażliwe elementy w sprzęcie fotowoltaicznym, co często wiąże się z wysokimi kosztami naprawy lub wymiany uszkodzonych elementów i wpływa na niezawodność systemu fotowoltaicznego.Przepięcie zależy od warunków konfiguracji każdego systemu fotowoltaicznego i okablowania.
Systemy fotowoltaiczne są eksponowane na dużych otwartych przestrzeniach, zazwyczaj na polach lub na szczytach budynków.Naładowane chmury deszczowe, które gromadzą się nad takimi otwartymi polami, mają skłonność do uwalniania ładunku w postaci błyskawicy.Kiedy tak się stanie, prawdopodobnie nastąpi skok napięcia.Im bardziej rozległe pole, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia zniszczenia.
Gdy system fotowoltaiczny znajduje się na terenie przemysłowym, zagrożone są również operacje biznesowe i sprzęt.Falowniki są drogie, ale w zastosowaniach przemysłowych jeszcze droższą awarią jest koszt przestoju.
Gdy piorun uderza w system fotowoltaiczny, powoduje indukowany prąd przejściowy i napięcie w pętlach przewodów systemu fotowoltaicznego.Te przejściowe prądy i napięcia pojawią się na zaciskach urządzeń i prawdopodobnie spowodują awarie izolacji i dielektryka w elementach elektrycznych i elektronicznych fotowoltaiki, takich jak panele fotowoltaiczne, falownik, sprzęt sterujący i komunikacyjny, a także urządzenia w instalacji budynku.Skrzynka macierzy, falownik i urządzenie MPPT (maksymalne śledzenie punktu mocy) mają najwyższe punkty awarii.
Aby zapobiec przechodzeniu dużej energii przez elektronikę i spowodowaniu uszkodzenia systemu fotowoltaicznego pod wysokim napięciem, przepięcia muszą mieć ścieżkę do ziemi.Aby to zrobić, wszystkie powierzchnie przewodzące powinny być bezpośrednio uziemione, a wszystkie przewody wchodzące i wychodzące z systemu (takie jak kable Ethernet i sieć zasilająca) muszą być połączone z uziemieniem przez SPD.
Potrzebne jest urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej dla każdej grupy ciągów w skrzynce macierzy, skrzynce rekombinatora, a także odłączniku DC.
Dobór i instalacja urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej dla systemów fotowoltaicznych
Systemy fotowoltaiczne mają unikalne cechy, dlatego wymagają użycia SPD, które są specjalnie zaprojektowane do systemów fotowoltaicznych.
Systemy fotowoltaiczne mają wysokie napięcia systemu DC do 1500 woltów.Ich maksymalny punkt mocy działa tylko kilka percentyli poniżej prądu zwarciowego systemu.
Aby określić właściwy moduł SPD dla systemu PV i jego instalacji, musisz wiedzieć:
Błyskawica okrągła gęstość błysku;
Temperatura pracy systemu;
Napięcie systemu;
Prąd zwarciowy systemu;
Poziom kształtu fali, który ma być chroniony przed (wyładowaniami pośrednimi lub bezpośrednimi);
Znamionowy prąd rozładowania.
Wymagania SPD dla instalacji chronionej przez zewnętrzny system ochrony odgromowej (LPS) zależą od wybranej klasy LPS oraz od tego, czy odległość między LPS a instalacją PV jest izolowana czy nieizolowana.IEC 62305-3 wyszczególnia wymagania dotyczące odległości separacji dla zewnętrznego LPS.
Aby zapewnić efekt ochronny, poziom ochrony napięcia SPD (Up) powinien być o 20% niższy niż wytrzymałość dielektryczna urządzeń końcowych systemu.
Ważne jest, aby używać SPD z prądem zwarciowym większym niż prąd zwarciowy ciągu paneli słonecznych, do którego podłączony jest SPD.SPD, który jest dostarczany na wyjściu prądu stałego, musi mieć wartość MCOV prądu stałego równą lub większą niż maksymalne napięcie systemu fotowoltaicznego panelu.
SPD dla strony DC systemów fotowoltaicznych
Źródła fotowoltaiczne mają bardzo różne charakterystyki prądowe i napięciowe niż tradycyjne źródła prądu stałego: mają charakterystykę nieliniową i powodują długotrwałą trwałość zajarzenia łuku.Dlatego źródła prądu fotowoltaicznego wymagają nie tylko większych wyłączników fotowoltaicznych i bezpieczników fotowoltaicznych, ale także odłącznika do ogranicznika przepięć, który jest przystosowany do tej wyjątkowej natury i jest w stanie poradzić sobie z prądami fotowoltaicznymi.
Urządzenia SPD instalowane po stronie prądu stałego muszą być zawsze specjalnie zaprojektowane do zastosowań prądu stałego.Użycie SPD po niewłaściwej stronie AC lub DC jest niebezpieczne w przypadku awarii.
Instalacja
Urządzenia SPD należy zawsze instalować przed urządzeniami, które mają chronić.NFPA 780 12.4.2.1 mówi, że ochrona przeciwprzepięciowa powinna być zapewniona na wyjściu prądu stałego panelu słonecznego od dodatniego do uziemienia i od ujemnego do uziemienia, na skrzynce łączącej i rekombinującej dla wielu paneli słonecznych oraz na wyjściu prądu przemiennego falownika.
Prawidłowa instalacja SPD opiera się na trzech wartościach, którymi są:
Maksymalne napięcie pracy ciągłej: Napięcie, które SPD aktywuje.
Poziom ochrony napięcia: Kategoria przepięciowa urządzenia musi być wyższa niż poziom ochrony napięcia SPD.
Nominalny prąd rozładowania: szczytowa wartość kształtu fali (8/20 μs dla SPD typu 2), którą SPD jest w stanie wytrzymać po powtarzających się przepięciach.
Jak łączyć SPD z falownikami
Farmy fotowoltaiczne składają się z bardzo czułego sprzętu, który wymaga rozległej ochrony.Ponieważ farmy fotowoltaiczne wytwarzają energię prądu stałego (dc), falowniki (niezbędne do konwersji tej mocy z prądu stałego na prąd przemienny) są niezbędnym elementem ich produkcji elektrycznej.Niestety falowniki są nie tylko bardzo podatne na uderzenia piorunów, ale są też niesamowicie drogie.
NFPA 780 12.4.2.3 wymaga dodatkowych SPD na wejściu prądu stałego falownika, jeśli falownik systemowy znajduje się w odległości większej niż 30 metrów od najbliższej skrzynki sumatora lub rekombinatora.
Zainstaluj SPD między bezpiecznikami a falownikiem, jeśli istnieją zabezpieczenia łańcucha (takie jak bezpieczniki, wyłączniki DC lub diody stringów)
Aby podłączyć SPD w przypadku falownika ze zintegrowaną skrzynką bezpieczników, należy upewnić się, że wewnętrzne bezpieczniki są pominięte, a zewnętrzne bezpieczniki stringów są podłączone.
Falowniki stringowe powinny być instalowane jak najbliżej stringów.Kable SPD, które łączą się z siecią L+/L- oraz między listwą zaciskową SPD a szyną uziemiającą, muszą mieć długość mniejszą niż 2,5 metra.Im krótsze kable połączeniowe, tym skuteczniejsza i tańsza będzie ochrona.
W przypadku inwerterów z tylko jednym trackerem MPP, połącz łańcuch przed inwerterem i podłącz je do SPD w punkcie połączenia.
Kombinacje SPD należy zaplanować dla każdego wejścia, gdy falownik ma wiele trackerów MPP.SPD musi być używany dla każdego wejścia, które jest zabezpieczone diodą stringową.
Bibliografia
[1] Przewodnik dotyczący ochrony odgromowej, norma DIN EN 62305 - 3, 2014.
[2] Norma dla urządzeń przeciwprzepięciowych, UL 1449, 2014.
[3] Niskonapięciowe ograniczniki przepięć — Część 32: Urządzenia przeciwprzepięciowe podłączone do strony prądu stałego instalacji fotowoltaicznych — Zasady doboru i zastosowania, norma IEC 61643-32, 2 017.
