Izvor: iaeimagazine.org
Lightning's savršena oluja za uništenje nalazi se na solarnom polju. Solarni paneli 'veliki - i često izloženi i izolirani - Položaj čine zaštitu od prenapona kritičnim da bi trajao svoj životni vijek.
Munja je električni pražnjenje u atmosferi. Kada munje udari, požari su skloni da se događaju zbog oslobađanja energije. Nimbusni oblaci (kišni oblaci) imaju koncentraciju električnog naboja, a njihovo nakupljanje stvara ionizaciju zraka. Ionizacija zraka koji je između tla i nimbusnih oblaka stvara ispuštanje iz oblaka na zemlju. Nimbusni oblaci uzrokuju najveće nalete jer su ono što stvara munje.
Neizravni štrajkovi munje su destruktivni. Anegdotska opažanja o aktivnosti munje obično su loš pokazatelj razine munje - induciranih prenapona u PV nizovima1. Neizravni štrajkovi munje mogu lako oštetiti osjetljive komponente unutar PV opreme, što često ima visoki trošak za popravak ili zamjenu oštećenih komponenti i utječe na pouzdanost PV sustava1. Prenapona ovisi o uvjetima postavljanja svakog PV sustava i ožičenja.
PV sustavi su izloženi u velikim otvorenim prostorima, obično u poljima ili na vrhovima zgrada. Napunjeni kišni oblaci koji se nakupljaju na tako otvorenim poljima imaju sklonost oslobađanju naboja u obliku munje. Kad se to dogodi, vjerojatno će se dogoditi porast napona. Što je polje ekspanzivnije, vjerojatnije je da će se dogoditi uništenje.
Elektronička oprema lako se može oštetiti do točke katastrofalnog kvara naletom. Ako se pojavi nalet kada je bilo koje osoblje prisutno, to će ugroziti i njihovu sigurnost. Neizravni štrajkovi munje mogu biti kobni ako je osoba unutar 60 stopa od točke udara munje [2]. Kada se PV sustav nalazi na industrijskom mjestu, poslovanje i oprema također su u opasnosti. Pretvori su skupi, ali za industrijske primjene još skuplji neuspjeh je troškovi zastoja.
Kad munja udari u solarni PV sustav, uzrokuje induciranu prolaznu struju i napon unutar žičanih petlji solarnog PV sustava. Ove prolazne struje i naponi pojavit će se na terminalima opreme i vjerojatno uzrokuju izolaciju i dielektrični kvarovi unutar solarnih PV električnih i elektroničkih komponenti kao što su PV ploče, inverter, upravljačka i komunikacijska oprema2, kao i uređaji u instalaciji zgrade3. Kutija s nizom, pretvarač i MPPT (MPPT (maksimalna tracker Power Point) imaju najviše točke kvara.
Kako bi se spriječilo da visoka energija prođe kroz elektroniku i uzrokuje oštećenje visokog napona u PV sustavu, naponski udarci moraju imati put do tla. Da bi se to postiglo, sve vodljive površine trebaju biti izravno utemeljene, a sav ožičenje koje ulazi i izlazi iz sustava (poput Ethernet kablova i izmjeničnih mreža) spojeno je na zemlju putem uređaja za zaštitu od prenapona (SPD).
SPD je potreban za svaku skupinu žica unutar okvira s polja, rekombinersku kutiju, kao i za DC isključivanje.
Klasifikacije uređaja za zaštitu od prenapona
SPD -ovi pružaju zaštitu od opasnosti uzrokovanih nagibom.
UL 1449 [4] Definira tipa 1, tipa 2 i tipa 3 SPDS:
Tip 1:Jedan priključak, trajno spojeni SPD, osim Watt - utičnice utičnice u satu, namijenjeni za ugradnju između sekundarnog servisnog transformatora i linijske strane uređaja za prekoračenje servisne opreme, kao i na stranu opterećenja, uključujući watt {- ugrađen u Instaliran i kalupni ugrađen u kalupu i kaluputiran je u instaliran i kalupni ugrađeni ugrađen u cijene i bez kalupa koji se nalaze na ugrađenim ugrađenim ugrađenim ugrađenim mjernim utikama. Tip 1 SPD -ovi za upotrebu u PV sustavima mogu se povezati između PV niza i glavne servisne odvojene veze.
Tip 2:Trajno spojeni SPD -ovi namijenjeni instalaciji na strani opterećenja opreme za prekoračenje struje; uključujući SPD -ove smještene na ploči grane i oblikovane kućište SPDS. IMAX vrijednost je maksimalna pojedinačna struja pražnjenja predstavljena valnim oblikom 8/20 µS koji SPD može podržati.
Tip 3:Točka korištenja SPD -a, instalirana na minimalnoj duljini vodiča od 10 metara od električne servisne ploče do točke korištenja, na primjer, spojenim kabelom, izravnim utikačem - u, tipu spremnika i SPD -ovima instaliranim u opremi za zaštitu. Udaljenost (10 metara) isključuje se za vodiče koji se pružaju ili koriste za pričvršćivanje SPD -a.
Tip 1 SPD -ovi štite od izravnih udara munje, a karakterizira ih val 10/350 µs. SPD tipa 1 koriste se u središnjim pretvaračima.
Tip 2 SPD -ovi štite od neizravnih udara munje, koje karakteriziraju valnim oblicima 8/20 µS. Valni oblik 8/20 µs znači da štrajk ima vrijeme porasta od 8 µs i trajanje na jedan - pola vrha od 20 µs. Tip 2 SPD -a sprječavaju širenje prenapona u električne instalacije i opremu. Oni se također štite od Electromagnetskog učinka munje koji širi nalet unutar žice.
SPD tipa 2 treba koristiti na svakom MPPT -u i unutar okvira za nizove i okvira za nizove.
Kutije u kojima se događaju naleti obično su oštećene od štrajkova koji su neizravni. To nije samo vrsta materijala i visine, već i oblik koji utječe na sposobnost objekta da privuče munje. Ako oblik kutije ili materijala ima sklonost privlačenju udara munje, tada treba koristiti SPD ili gromobrana tipa 1.
Visina, šiljasti oblici i izolacija su dominantne karakteristike koje određuju gdje udara munje. To je mit da metal privlači munje. Međutim, važno je napomenuti da bez obzira gdje se nalazi PV farma ili oblik bilo kojeg obližnjeg predmeta, SPD -ovi su ključni za svaki PV sustav zbog njihove inherentne osjetljivosti na izravne i neizravne štrajkove.
Odabir i instalacija uređaja za zaštitu od prenapona za PV sustave
PV sustavi imaju jedinstvene karakteristike, koje stoga zahtijevaju upotrebu SPD -a koji su posebno dizajnirani za PV sustave.
PV sustavi imaju visoke napone istosmjernog sustava do 1500 volti. Njihova maksimalna točka snage djeluje na samo nekoliko postotaka ispod struje kratkog spoja sustava.
Da biste odredili pravi SPD modul za PV sustav i njegovu instalaciju, morate znati:
gustoća bljeskalice s munje;
Radna temperatura sustava;
napon sustava;
ocjena kratkog spoja sustava;
razina valnog oblika koja se treba zaštititi od (neizravne ili izravne munje); i
Nominalna struja pražnjenja.
Zahtjevi za SPD za instalaciju zaštićeni vanjskim sustavom zaštite munje (LPS) ovise o odabranoj klasi LPS -a i je li udaljenost odvajanja između LPS -a i PV instalacije izolirana ili non - izolirana [4]. IEC 62305-3 Pojedinosti zahtjeve za razdvajanjem udaljenosti za vanjske LPS.
Da bi imao zaštitni učinak, razina zaštite napona SPD -a (UP) trebala bi biti 20 % niža od dielektrične čvrstoće terminalne opreme sustava.
Važno je upotrijebiti SPD s kratkim spojem koji podnosi struju veću od struje kratkog spoja solarnog niza na koju je SPD spojen. SPD koji je predviđen na istosmjernom izlazu mora imati DC MCOV jednak ili veći od maksimalnog napona fotonaponskih sustava na ploči.
Kad munja udari u točku A (vidi sliku 1), solarna PV ploča i pretvarač vjerojatno će biti oštećeni. Samo će pretvarač biti oštećen ako munje udari u točku B. Međutim, pretvarač je obično najskuplja komponenta unutar PV sustava, zbog čega je ključno pravilno odabrati i instalirati ispravni SPD na AC i DC linije. Što je štrajk bliži pretvaraču, pretvarač će biti oštećen.
Slika 1.Lokacija munje.
SPD za DC stranu fotonaponskih sustava
PV izvori imaju vrlo različite karakteristike struje i napona od tradicionalnih istosmjernih izvora: oni imaju linearnu karakteristiku bez - i uzrokuju dugu - pojam trajnih zapaljenih lukova. Stoga, izvori struje PV -a ne samo da zahtijevaju veće PV sklopke i PV osigurače, već i za raspad za zaštitni uređaj za prenaponciju koji je prilagođen ovoj jedinstvenoj prirodi i sposoban za suočavanje s PV strujama.
SPD -ovi instalirani na DC strani uvijek moraju biti posebno dizajnirani za DC aplikacije. Upotreba SPD -a na netočnoj izmjeničnoj ili istosmjernoj strani opasna je u uvjetima grešaka.
Kad se SPD -ovi koriste na istosmjernoj strani, oni se moraju koristiti i na AC strani zbog potencijalnih razlika.
SPD -ovi za izmjeničnu stranu
Zaštita od prenapona jednako je važna za izmjeničnu stranu kao i za DC stranu. Osigurajte da je SPD posebno dizajniran za izmjeničnu stranu.
Za optimalnu zaštitu, SPD treba biti veličine posebno za sustav. Pravilni odabir jamčit će najbolju zaštitu najdužim životom.
Na strani izmjenične struje, više pretvarača može se povezati s istim SPD -om ako dijele istu mrežu.
Montaža
SPD -ove uvijek treba instalirati uzvodno od uređaja koje će zaštititi. NFPA 780 12.4.2.1 kaže da se zaštita od prenapona mora osigurati na DC izlazu solarne ploče od pozitivnog u zemlju i negativne do zemlje, na kombiniranom i rekombinerskom okviru za više solarnih panela, te na izlaznom izlazu pretvarača.
Pravilna instalacija SPD -a oslanja se na tri vrijednosti, koje su:
Maksimalni kontinuirani radni napon: napon koji će SPD aktivirati.
Razina zaštite napona: Kategorija prenapona opreme mora biti veća od razine zaštite napona SPD -a.
Nominalna struja pražnjenja: Vrhunska vrijednost valnog oblika (8/20 µs za SPD tipa 2) koji je SPD sposoban izdržati nakon ponavljanih udara.
Kabeli
Kabeli u PV sustavima često se proširuju na velike udaljenosti kako bi mogli doći do točke povezivanja mreže. Međutim, duge duljine kabela nikada se ne preporučuju, a PV sustavi su daleko od iznimke.
To je zbog toga što se učinak polja - temelji na električnim smetnjima koje su uzrokovane ispuštanjem munje povećava se u odnosu na povećanje duljine kabela i petlje vodiča. Kada se dogodi prolazna prenapona, bilo koji induktivni pad napona u spojnim kablovima može oslabiti zaštitni učinak SPD -a. To će se manje vjerojatno dogoditi ako se kabeli usmjere kako bi bili što kraći.
Napon prenapona značajan je doprinos kvaru kabela, a svaki impuls na kabelu pridonosi propadanju čvrstoće izolacije kabela.
Ako se nalet ubrizgava u stalak - sam PV sustav (sustav koji je daleko od mreže napajanja), može se ometati bilo kakve operacije opreme koje se pokreću solarnom električnom energijom, poput medicinske opreme ili vodoopskrbe.
Lokacija i količina SPD -a za ugradnju na istosmjernoj strani ovise o duljini kabela između solarnih ploča i pretvarača (vidi tablicu 1). Ako je duljina manja od 10 metara, tada je potreban samo jedan SPD i SPD bi trebao biti instaliran u istoj blizini kao i pretvarač. Ako je duljina kabela veća od 10 metara, tada ugradite jedan SPD u blizini pretvarača, kao i drugi SPD u okviru koji je blizu solarne ploče.
Kabeli rute na takav način koji izbjegava velike petlje vodiča. AC i DC linije i podatkovne linije moraju se usmjeriti zajedno s ekvidencijalnim vodičima za vezanje duž cijele rute kako bi se osiguralo da se petlje vodiča ne formiraju od preusmjeravanja preko nekoliko žica ili prilikom povezivanja pretvarača s mrežnom vezom.
Tablica 1.Odabir SPD -a.
Kako kombinirati SPD s pretvaračima
PV farme sastoje se od vrlo osjetljive opreme koja je potrebna ekspanzivna zaštita. Budući da PV farme stvaraju snagu izravne struje (DC), pretvarači (koji su potrebni za pretvaranje ove snage iz DC u AC) ključna su komponenta u njihovu električnu proizvodnju. Nažalost, pretvarači nisu samo vrlo osjetljivi na štrajkove munje, već su nevjerojatno skupi.
NFPA 780,Standard za ugradnju sustava zaštite od munje, u 12.4.2.3 zahtijeva dodatne SPD -ove na istosmjernom unosu pretvarača ako je pretvarač sustava više od 30 metara od najbližeg kombinatora ili rekombinerskog okvira.
Ugradite SPD između osigurača i pretvarača ako postoje zaštitnici niza (poput osigurača, DC prekidača ili nizovih dioda) [vidi sliku 2].
Slika 2.SPD ispravno i pogrešno spojen na pretvarač sa zaštitnicima niza.
Za povezivanje SPD -a kada postoji pretvarač s integriranom kutijom osigurača, osigurajte da su unutarnji osigurači zaobišli i da li su vanjski osigurači spojeni (vidi sliku 3). SPD -ovi moraju biti montirani izvan pretvarača i u NEMA tipu - 3 r kućište ili više ako je to vanjska aplikacija.
Pretvarači niza trebaju biti instalirani što je moguće bliže žicama. SPD kabeli koji se povezuju s mrežom L+/l -, i između terminalnog bloka SPD -a i prizemne sabirnice, moraju biti manji od 2,5 metara. Što je kraći kabeli za povezivanje, to će zaštita biti učinkovitija i troška -.
Za pretvarače sa samo jednim MPP praćenjem, kombinirajte niz prije pretvarača i povežite ih sa SPD -om na mjestu međusobne veze.
Kombinacije SPD -a trebaju se planirati za svaki ulaz kada pretvarač ima više MPP trackera. SPD se mora koristiti za svaki ulaz koji je spojen sa nizom diodom.
Slika 3.SPD povezan s pretvaračem s integriranom kutijom osigurača
Zaključak
Za upravljanje fotonaponskom opremom bez odgovarajuće zaštite od prenapona više je nego rizično poslovanje -, to je nesmotreno.
Da bi solarni sustavi bili budućnost zelenijeg svijeta, oni moraju biti zaštićeni. Pojava munje je nezaustavljiva i stoga je zaštita ključna.
Ranjivost fotonaponskih sustava na udare munje - I izravni i neizravni - znači da se moraju graditi s pouzdanom i pravilno instaliranom zaštitom od prenapona.