Sumber: iaeimagazine.org
Ribut sempurna kilat untuk kemusnahan adalah di lapangan solar. Panel solar 'besar - dan sering terdedah dan diasingkan - lokasi membuat perlindungan lonjakan kritikal untuk ia bertahan jangka hayatnya.
Kilat adalah pelepasan elektrik di atmosfera. Apabila serangan kilat, kebakaran terdedah kepada pelepasan tenaga. Awan Nimbus (awan hujan) mempunyai kepekatan cas elektrik, dan pengumpulan mereka mewujudkan pengionan udara. Pengionan udara yang berada di antara tanah dan awan nimbus membuat pelepasan dari awan ke tanah. Awan Nimbus menyebabkan lonjakan terbesar kerana mereka adalah apa yang menjana kilat.
Serangan kilat tidak langsung merosakkan. Pemerhatian anekdot mengenai aktiviti kilat biasanya merupakan penunjuk miskin tahap kilat - yang disebabkan oleh overvoltages dalam array PV1. Serangan kilat tidak langsung dengan mudah boleh merosakkan komponen sensitif dalam peralatan PV, yang sering mempunyai kos yang tinggi untuk membaiki atau menggantikan komponen yang rosak dan mempengaruhi kebolehpercayaan sistem PV1. Overvoltage bergantung kepada keadaan persediaan setiap sistem PV dan kabel.
Sistem PV terdedah di ruang terbuka yang besar, biasanya dalam bidang atau di puncak bangunan. Awan hujan yang dikenakan yang berkumpul di atas medan terbuka mempunyai kecenderungan untuk melepaskan pertuduhan dalam bentuk kilat. Apabila ini berlaku, lonjakan voltan mungkin berlaku. Semakin luas bidang ini, kemusnahan yang lebih besar akan berlaku.
Peralatan elektronik dengan mudah boleh rosak ke titik kegagalan bencana oleh lonjakan. Sekiranya lonjakan berlaku apabila mana -mana kakitangan hadir, ia akan menjejaskan keselamatan mereka juga. Serangan kilat tidak langsung boleh membawa maut jika orang itu berada dalam jarak 60 kaki dari titik mogok kilat [2]. Apabila sistem PV terletak di tapak perindustrian, operasi dan peralatan perniagaan juga berada di bahaya. Inverter adalah mahal, tetapi untuk aplikasi perindustrian, kegagalan yang lebih mahal adalah kos downtime.
Apabila kilat menyerang sistem PV solar, ia menyebabkan arus sementara dan voltan yang diinduksi dalam gelung wayar sistem PV solar. Arus dan voltan sementara ini akan muncul di terminal peralatan dan mungkin menyebabkan penebat dan kegagalan dielektrik dalam komponen elektrik dan elektronik PV solar seperti panel PV, peralatan penyongsang, kawalan dan komunikasi2, serta peranti dalam pemasangan bangunan3. Kotak Array, Inverter, dan peranti MPPT (Power Point Point) mempunyai titik kegagalan tertinggi.
Untuk mengelakkan tenaga yang tinggi daripada melalui elektronik dan menyebabkan kerosakan voltan tinggi ke sistem PV, lonjakan voltan mesti mempunyai jalan ke tanah. Untuk melakukan ini, semua permukaan konduktif hendaklah secara langsung didasarkan dan semua pendawaian yang memasuki dan keluar dari sistem (seperti kabel Ethernet dan sesalur AC) digabungkan ke tanah melalui peranti perlindungan lonjakan (SPD).
SPD diperlukan untuk setiap kumpulan rentetan dalam kotak array, kotak rekombin, serta DC memutuskan sambungan.
Klasifikasi peranti perlindungan lonjakan
SPD memberikan perlindungan terhadap bahaya yang disebabkan oleh lonjakan.
UL 1449 [4] mentakrifkan Jenis 1, Jenis 2, dan Jenis 3 SPD:
Jenis 1:Satu pelabuhan, SPD yang disambungkan secara kekal, kecuali untuk kandang soket Watt - jam meter, yang dimaksudkan untuk pemasangan antara sekunder pengubah perkhidmatan dan bahagian garis peralatan perkhidmatan overcurrent, serta sisi beban yang dipasang di atas. Jenis 1 SPD untuk digunakan dalam sistem PV boleh dihubungkan antara array PV dan perkhidmatan utama putus.
Jenis 2:SPD yang disambungkan secara kekal yang dimaksudkan untuk pemasangan di bahagian beban peralatan perkhidmatan overcurrent peralatan; termasuk SPD yang terletak di panel cawangan dan SPD kes yang dibentuk. Nilai IMAX adalah arus pelepasan tunggal maksimum yang diwakili oleh bentuk gelombang 8/20 μs yang SPD dapat menyokong.
Taip 3:Titik penggunaan SPDs, dipasang pada panjang konduktor minimum 10 meter dari panel perkhidmatan elektrik ke titik penggunaan, contohnya kord yang disambungkan, palam langsung - dalam, jenis bekas dan SPD dipasang pada peralatan penggunaan yang dilindungi. Jarak (10 meter) adalah eksklusif konduktor yang disediakan atau digunakan untuk melampirkan SPD.
Jenis 1 SPDs melindungi daripada serangan kilat langsung dan dicirikan oleh gelombang semasa 10/350 μs. Jenis 1 SPD digunakan di Inverter Tengah.
Jenis 2 SPDs melindungi daripada serangan kilat tidak langsung, yang dicirikan oleh bentuk gelombang 8/20 μs. Gelombang gelombang 8/20 μs bermaksud bahawa mogok mempunyai masa kenaikan 8 μs dan tempoh ke satu - separuh puncak 20 μs. Jenis 2 SPD menghalang penyebaran overvoltage ke dalam pemasangan dan peralatan elektrik. Mereka juga melindungi terhadap kesan elektromagnet Lightning yang menyebarkan lonjakan dalam wayar.
SPD jenis 2 hendaklah digunakan pada setiap MPPT dan dalam inverter rentetan dan kotak array.
Kotak di mana lonjakan berlaku biasanya rosak dari mogok yang tidak langsung. Ia bukan sahaja jenis bahan dan ketinggian, tetapi juga bentuk yang mempengaruhi keupayaan objek untuk menarik serangan kilat. Jika bentuk kotak atau bahan mempunyai kecenderungan untuk menarik serangan kilat, maka jenis 1 SPD atau tongkat kilat harus digunakan.
Ketinggian, bentuk yang tajam, dan pengasingan adalah ciri -ciri dominan yang menentukan di mana serangan kilat. Ia adalah mitos bahawa logam menarik kilat. Walau bagaimanapun, adalah penting untuk diperhatikan bahawa tidak kira di mana ladang PV terletak, atau bentuk mana -mana objek yang berdekatan, SPD adalah penting untuk setiap sistem PV kerana kerentanan mereka yang wujud untuk menyerang dan tidak langsung.
Pemilihan dan pemasangan peranti perlindungan lonjakan untuk sistem PV
Sistem PV mempunyai ciri -ciri yang unik, yang memerlukan penggunaan SPD yang direka khusus untuk sistem PV.
Sistem PV mempunyai voltan sistem DC yang tinggi sehingga 1500 volt. Titik kuasa maksimum mereka beroperasi pada hanya beberapa peratus di bawah arus litar pintas sistem.
Untuk menentukan modul SPD yang sesuai untuk sistem PV dan pemasangannya, anda mesti tahu:
ketumpatan kilat pusingan kilat;
suhu operasi sistem;
voltan sistem;
Penarafan semasa litar pendek sistem;
tahap bentuk gelombang yang akan dilindungi terhadap (kilat tidak langsung atau langsung); dan
arus pelepasan nominal.
Keperluan SPD untuk pemasangan yang dilindungi oleh sistem perlindungan kilat luaran (LPS) bergantung kepada kelas LPS yang dipilih dan sama ada jarak pemisahan antara LPS dan pemasangan PV diasingkan atau bukan - terpencil [4]. IEC 62305-3 memperincikan keperluan jarak pemisahan untuk LPS luaran.
Untuk mempunyai kesan perlindungan, tahap perlindungan voltan SPD (UP) harus 20 % lebih rendah daripada kekuatan dielektrik peralatan terminal sistem.
Adalah penting untuk menggunakan SPD dengan litar pintas menahan arus lebih besar daripada arus litar pintas rentetan array solar yang SPD disambungkan. SPD yang disediakan pada output DC mesti mempunyai DC MCOV sama dengan atau lebih besar daripada voltan sistem photovoltaic maksimum panel.
Apabila kilat menyerang pada titik A (lihat Rajah 1), panel PV solar dan penyongsang mungkin rosak. Hanya penyongsang yang akan rosak jika serangan kilat pada titik B. Walau bagaimanapun, penyongsang biasanya merupakan komponen paling mahal dalam sistem PV, itulah sebabnya penting untuk memilih dan memasang SPD yang betul pada kedua -dua garisan AC dan DC. Semakin dekat mogok itu kepada penyongsang, semakin rosak penyongsang itu.
Rajah 1.Lokasi Strike Kilat.
SPD untuk bahagian DC sistem fotovoltaik
Sumber -sumber PV mempunyai ciri -ciri arus dan voltan yang sangat berbeza daripada sumber DC tradisional: mereka mempunyai ciri -ciri linear yang tidak - dan menyebabkan keteguhan jangka panjang arka yang dinyalakan. Oleh itu, sumber semasa PV bukan sahaja memerlukan suis PV yang lebih besar dan fius PV, tetapi juga pemutus untuk peranti perlindungan lonjakan yang disesuaikan dengan sifat unik ini dan mampu mengatasi arus PV.
SPD yang dipasang di sebelah DC mesti sentiasa direka khusus untuk aplikasi DC. Penggunaan SPD pada bahagian AC atau DC yang salah adalah berbahaya di bawah keadaan kesalahan.
Apabila SPD digunakan di sebelah DC, mereka juga mesti digunakan di bahagian AC kerana perbezaan yang berpotensi.
SPD untuk bahagian AC
Perlindungan lonjakan sama pentingnya untuk bahagian AC kerana ia adalah untuk bahagian DC. Pastikan SPD direka khusus untuk bahagian AC.
Untuk perlindungan yang optimum, SPD harus bersaiz khusus untuk sistem. Pemilihan yang betul akan menjamin perlindungan terbaik dengan jangka hayat terpanjang.
Di sisi AC, pelbagai inverter boleh disambungkan ke SPD yang sama jika mereka berkongsi sambungan grid yang sama.
Pemasangan
SPD harus sentiasa dipasang di hulu peranti yang akan mereka lindungi. NFPA 780 12.4.2.1 mengatakan bahawa perlindungan lonjakan hendaklah disediakan pada output DC panel solar dari positif ke tanah dan negatif ke tanah, pada kotak kombiner dan rekombin untuk pelbagai panel solar, dan pada output AC penyongsang.
Pemasangan SPD yang betul bergantung pada tiga nilai, iaitu:
Voltan operasi berterusan maksimum: Voltan yang SPD akan diaktifkan.
Tahap Perlindungan Voltan: Kategori overvoltage peralatan mestilah lebih tinggi daripada tahap perlindungan voltan SPD.
Pelepasan nominal Arus: Nilai puncak bentuk gelombang (8/20 μs untuk jenis 2 SPDs) bahawa SPD mampu bertahan selepas lonjakan berulang.
Kabel
Kabel dalam sistem PV sering dilanjutkan di jarak jauh supaya mereka dapat mencapai titik sambungan grid. Walau bagaimanapun, panjang kabel panjang tidak pernah disyorkan, dan sistem PV jauh dari pengecualian.
Ini kerana kesan bidang - berasaskan dan menjalankan gangguan elektrik yang disebabkan oleh pelepasan kilat meningkat berhubung dengan peningkatan panjang kabel dan gelung konduktor. Apabila overvoltage sementara berlaku, sebarang penurunan voltan induktif dalam kabel penyambung boleh melemahkan kesan perlindungan SPD. Ini kurang berkemungkinan berlaku jika kabel diarahkan menjadi secepat mungkin.
Voltan lonjakan adalah penyumbang penting kepada kegagalan kabel, dan setiap impuls pada kabel akan menyumbang kepada kemerosotan kekuatan penebat kabel.
Jika lonjakan disuntik ke dalam sistem PV yang berdiri - sahaja (sistem yang jauh dari grid kuasa), sebarang operasi peralatan yang dikuasakan oleh elektrik solar, seperti peralatan perubatan atau bekalan air, mungkin terganggu.
Lokasi dan kuantiti SPD untuk dipasang di sebelah DC bergantung kepada panjang kabel antara panel solar dan penyongsang (lihat Jadual 1). Jika panjangnya kurang dari 10 meter, maka hanya satu SPD yang diperlukan dan SPD harus dipasang di sekitar kawasan yang sama seperti penyongsang. Jika panjang kabel lebih daripada 10 meter, pasangkan satu SPD di sekitar penyongsang serta SPD kedua dalam kotak yang dekat dengan panel solar.
Kabel laluan sedemikian rupa yang mengelakkan gelung konduktor yang besar. Garis AC dan DC dan garisan data mesti dialihkan bersama dengan konduktor ikatan equipotential di sepanjang laluan untuk memastikan bahawa gelung konduktor tidak dibentuk daripada diarahkan ke atas beberapa rentetan atau ketika menyambungkan penyongsang ke sambungan grid.
Jadual 1.Pemilihan SPD.
Cara Menggabungkan SPD dengan Inverter
Ladang PV terdiri daripada peralatan yang sangat sensitif yang memerlukan perlindungan yang luas. Kerana ladang PV mencipta kuasa semasa (DC) langsung, inverter (yang diperlukan untuk menukar kuasa ini dari DC ke AC) adalah komponen penting untuk pengeluaran elektrik mereka. Malangnya, penyongsang bukan sahaja sangat mudah terdedah kepada serangan kilat tetapi mereka sangat mahal.
NFPA 780,Standard untuk pemasangan sistem perlindungan kilat, dalam 12.4.2.3 memerlukan SPD tambahan pada input DC penyongsang jika penyongsang sistem lebih daripada 30 meter dari kotak gabungan terdekat atau rekombiner.
Pasang SPD antara fius dan penyongsang jika terdapat pelindung rentetan (seperti fius, pemutus DC atau diod rentetan) [lihat Rajah 2].
Rajah 2.SPD dengan betul dan tidak betul disambungkan ke penyongsang dengan pelindung rentetan.
Untuk menyambungkan SPD apabila terdapat penyongsang dengan kotak fius bersepadu, pastikan fius dalaman dilangkau dan rentetan luaran bersambung (lihat Rajah 3). SPD mesti dipasang di luar penyongsang dan dalam jenis NEMA - 3 r atau lebih tinggi jika ia adalah aplikasi luar.
Inverter String harus dipasang sebagai dekat dengan rentetan yang mungkin. Kabel SPD yang menyambung ke rangkaian L+/L -, dan antara blok terminal SPD dan bas tanah, mestilah kurang daripada 2.5 meter. Lebih pendek kabel sambungan, lebih cekap dan kos - berkesan perlindungan akan.
Untuk penyongsang dengan hanya satu pelacak MPP, gabungkan rentetan sebelum penyongsang dan sambungkannya ke SPD pada titik interkoneksi.
Kombinasi SPD perlu dirancang untuk setiap input apabila penyongsang mempunyai pelacak MPP berganda. SPD mesti digunakan untuk setiap input yang bersatu dengan diod rentetan.
Rajah 3.SPD disambungkan ke penyongsang dengan kotak fius bersepadu
Kesimpulan
Untuk mengendalikan peralatan fotovoltaik tanpa perlindungan lonjakan yang betul adalah lebih daripada perniagaan berisiko - ia melulu.
Bagi sistem solar untuk menjadi masa depan dunia yang lebih hijau, mereka mesti dilindungi. Kejadian kilat tidak dapat dihalang dan oleh itu, perlindungan adalah penting.
Kerentanan sistem photovoltaic terhadap serangan kilat - kedua -dua langsung dan tidak langsung - bermaksud bahawa mereka mesti dibina dengan perlindungan lonjakan yang boleh dipercayai dan betul.
