Photovoltaic DC Arc Issues Introduktion og løsninger

Med den hurtige udvikling af solteknologi er fotovoltaisk elproduktion blevet en af ​​de vigtige grønne energiløsninger på verdensplan. Fotovoltaiske systemer spiller en væsentlig rolle, uanset om det er på hustage, industriparker eller store-solenergianlæg. Samtidig får solcelleanlæggenes sikkerhedsspørgsmål efterhånden opmærksomhed. DC-bue, som et elektrisk fænomen, der kan påvirke stabiliteten af ​​fotovoltaiske systemer, er værd at omhyggeligt forstå af enhver praktiserende læge og bruger.

1. Betydningen af ​​DC Arc Striking

Jævnstrømsbue, som navnet antyder, refererer til det fænomen, hvor der dannes en lysbue mellem kontaktpunkter, når strømvejen i et jævnstrømskredsløb pludselig afbrydes.

En elektrisk lysbue er en type gasudladningsfænomen. Når en gas ioniseres, danner den en ledende kanal, hvilket resulterer i en elektrisk lysbue. I fotovoltaiske DC-kredsløb, når der opstår et lille hul i kredsløbet, vil DC-spændingen over mellemrummet skabe et elektrisk felt i det. Når den elektriske feltstyrke når et vist niveau, bliver luftmolekyler ioniseret. Luftmolekyler er opbygget af atomer, som består af positivt ladede kerner og negativt ladede elektroner. Under et stærkt elektrisk felt får elektroner nok energi til at bryde fri fra kernen og blive til frie elektroner. Disse frie elektroner accelererer i det elektriske felt, kolliderer med andre luftmolekyler, ioniserer flere molekyler og skaber derved et stort antal frie elektroner og positive ioner. Denne proces er kendt som gasnedbrydning. Når gassen er nedbrudt, dannes der en elektrisk lysbue.

DC Arc Striking Process:

For jævnstrøm, da den ikke har noget nulkrydsningspunkt, og strømretningen ikke ændres, kan lysbuen kontinuerligt modtage energi, hvilket gør den vanskelig at slukke alene.

I henhold til kredsløbsforbindelsesmetoden og bueplaceringen kan buer opdeles i seriebuer og parallelle buer (jordbue kan betragtes som en speciel type parallel bue). Seriebuer forekommer normalt inden for en enkelt strømførende leder. Fordi afstanden mellem lederne er lille, og der er mange ledere, er hyppigheden af ​​forekomsten højere; desuden, da seriebuesignalet er svagt og let maskeres af støj, er det svært at detektere og, hvis det ikke behandles i tide, kan det let forårsage brand. Parallelle buer opstår normalt mellem forskellige strømførende ledere. Da afstanden mellem lederne er stor, og banen er kompleks, er frekvensen af ​​forekomst lavere. I øjeblikket kan beskyttelsesforanstaltninger såsom sikringer og afbrydere effektivt kontrollere virkningen af ​​parallelle lysbuer.

2. Årsager tilDC Arc Striking

2.1 Problemer med forbindelseskomponenter

Tilslutningskomponenter er et af de mest almindelige problemsteder i solcelleanlæg og er også en væsentlig årsag til jævnstrømsbuer.

• Løse, oxiderede eller slidte konnektorer (såsom MC4-stik) er almindelige problemer: Under lang-brug kan stik blive løse på grund af faktorer som vibrationer og temperaturændringer. Løse stik kan øge kontaktmodstanden og generere en stor mængde varme, når strømmen passerer igennem, hvilket får stikkets temperatur til at stige. Høje temperaturer fremskynder oxidationen og sliddet af stikket, hvilket skaber en ond cirkel, der i sidste ende fører til huller, som kan udløse lysbuer.

• Kabelsamlingskrympning er ikke op til standard: Utilstrækkelig krympekraft eller lækage kan føre til dårlig kontakt ved kabelsamlinger, hvilket på samme måde øger kontaktmodstanden, genererer høje temperaturer og som følge heraf kan forårsage buedannelse.

2.2 Lederproblemer

Ledninger er vigtige komponenter i solcelleanlæg til transmission af strøm, og deres kvalitet og tilstand påvirker direkte den sikre drift af anlægget.

• Beskadigelse af kabelisoleringslaget kan forårsage et mellemrum mellem lederen og jordingslegemer eller metalunderstøtninger, hvilket kan føre til buedannelse: Kabelisoleringen kan blive beskadiget under installation eller brug på grund af faktorer som mekanisk beskadigelse eller kemisk korrosion.

• Tråden kan blive beskadiget af ydre kræfter (såsom gnavere, der gnaver eller mekanisk friktion), hvilket resulterer i lokal eksponering, hvilket også er en af ​​årsagerne til lysbuestrækning: I nogle udendørs solcelleværker forekommer gnavere, der gnaver på kabler fra tid til anden.

2.3 Miljø- og aldringsfaktorer

Miljøfaktorer og ældning af udstyr er også vigtige årsager til jævnstrømsbuer i solcelleanlæg.

• Længerevarende udsættelse for høje temperaturer og høj luftfugtighed kan fremskynde komponenternes ældning, hvilket fører til et fald i isoleringsevnen: I miljøer med høje-temperaturer gennemgår komponenternes materialer termisk ældning, hvilket får deres ydeevne til gradvist at falde; i miljøer med høj-fugtighed kan komponenterne blive fugtige, hvilket påvirker deres isoleringsegenskaber.

• Støv og korrosion opbygges ved tilslutningspunkterne, hvilket kan forstyrre den elektriske kontinuitet og forårsage spalteafladning: I støvede miljøer med stærk korrosivitet har tilslutningspunkter en tendens til at akkumulere en stor mængde støv og ætsende stoffer. Disse materialer kan hindre transmission af elektrisk strøm, øge modstanden ved forbindelsespunkterne, generere høje temperaturer og potentielt forårsage buedannelse.

3. Detektionsteknologi og anvendelse af jævnstrømsbue i solceller

3.1 Lysbuefejlkredsløbsafbryder (AFCI/AFDD)

Funktionen af ​​en AFCI er at 'opdage og afbryde strømmen' med det samme, når der opstår en lysbue, hvilket forhindrer ilden i at sprede sig.

Det er normalt integreret i DC-kombinationsbokse, invertere eller afbrydere for at overvåge strømsignaler i realtid. Når der opstår en lysbue, udviser den aktuelle bølgeform specifik høj-støj og forvrængning. AFCI'en bruger algoritmer til at detektere dette unormale signal og afbryder hurtigt kredsløbet.

Som vist i den aktuelle spektrumbølgeform ovenfor, angiver den røde forekomsten af ​​en elektrisk lysbue, tydeligt i kontrast til den blå, hvor der ikke er nogen bue.

I et typisk elektrisk system varierer tilfældig baggrundsstøj generelt kun mærkbart ved frekvenser over 200 kHz. I modsætning hertil opererer switching controller-kredsløb såsom invertere i det elektriske system typisk ved spektre under 50 kHz. For ikke at nævne, selve AC-strømforsyningssignalet er på en endnu lavere frekvens på 50/60 Hz. Ved at bruge FFT-algoritmen til at konvertere den detekterede kabelstrøm til frekvensdomænet og derefter analysere frekvensbåndet mellem 30 kHz og 100 kHz, er det derfor muligt effektivt at skelne mellem normal drift af kredsløbssystemet og unormale lysbueforhold.

Hovedstruktur

AFCI-buefejlsafbrydere består hovedsageligt af et afbrydermodul, lækagemodul, strømmodul, signalbehandlingsmodul, overstrømsrelæmodul og kommunikationsinterfacemodul.

• Strømmodul: leverer strøm til de relevante enheder inde i AFCI/AFDD.

• Signalbehandlingsmodul: Strømsignalet i hovedkredsløbet føres gennem en linjestrømtransformer til signalbehandlingsmodulet. Modulet forstærker, ensretter og filtrerer signalet, før det sendes til mikrocontrolleren til behandling.

• Udløsningsmodul: I AFCI-buefejlsafbryderen anvender den elektromagnetiske struktur af udløsningsmodulet en ny-energibesparende teknologi, der minimerer kernetabene og-kortslutningstabene i det elektromagnetiske afbrydersystem og maksimerer dermed energibesparelserne. En bufferanordning er tilføjet for at reducere energipåvirkningen på det elektromagnetiske system, forbedre kontaktens lukkeydelse og forlænge dens levetid. Driftsmekanismen for udløsningsmodulet kan modtage fejlsignaler, der detekteres af hovedkontrolchippen MCU og afbryde spolekredsløbet gennem styrekontakter, hvor den elektromagnetiske mekanisme bryder hovedkredsløbet. Når fejlen er udbedret, nulstilles modulet ved at trykke på betjeningsknappen.

• Kommunikationsgrænseflademodul: Dette modul tillader realtidstransmission af data såsom strøm, spænding, strømfase og lysbuesignaler til terminalcomputeren, hvilket muliggør fjernovervågning.

Arbejdsprincip

Hovedkontrolchippen MCU af AFCI-buefejlafbryderen overvåger strømsignalet i hovedkredsløbet i realtid. Når der detekteres en lysbuefejl i hovedkredsløbet, sender mikrocontrolleren et tripsignal, og tripkredsløbet udfører tripoperationen.

3.2Infrarød termisk billedteknologi

Infrarød termisk billedteknologi registrerer unormal opvarmning ved forbindelsespunkter gennem et infrarødt kamera, hvilket gør det muligt at identificere potentielle lysbuerisici på forhånd. Dårlig kontakt er ofte ledsaget af lokaliserede høje temperaturer, og infrarød termisk billeddannelse kan tydeligt vise disse høje-temperaturområder, hvilket giver vedligeholdelsespersonalet en intuitiv reference.

4.Beskyttende foranstaltninger og implementering for DC-buefejl i solcelleanlæg

4.1 Standardinstallation

Korrekt installation er grundlaget for at forhindre DC-lysbuer i solcelleanlæg. Under installationsprocessen skal du sikre dig, at stik og kabelsamlinger er fast krympet for at undgå løse forbindelser. Professionelt værktøj bør anvendes til crimpning, der arbejder med den specificerede kraft for at sikre minimal kontaktmodstand ved tilslutningspunkterne.

Vælg samtidig isoleringsmaterialer, der opfylder standarderne for at mindske risikoen for mekaniske skader. Ved installation af kabler skal du undgå overdreven bøjning og strækning for at forhindre beskadigelse af isoleringslaget.

4.2 Komponentvalg

Vælg stik og kabler, der er modstandsdygtige over for ældning og høje temperaturer, og især i barske miljøer, øger komponenternes beskyttelsesniveau (såsom IP65/IP67). Når du vælger komponenter, skal du fuldt ud overveje de miljømæssige forhold for solcelleanlægget, såsom temperatur, fugtighed og korrosivitet.

I solcelleanlæg i områder med høje-temperaturer bør der f.eks. vælges stik og kabler, der kan opretholde en stabil ydeevne ved højere temperaturer. i stærkt korrosive miljøer såsom kystområder bør komponenter med korrosionsbestandighed vælges.

4.3 Systemdesignoptimering

Optimering af systemdesign er afgørende for at forhindre jævnstrømsbuedannelse i solcelleanlæg. Under designprocessen er det vigtigt at undgå for høje jævnspændinger (som skal overholde sikkerhedsstandarder), reducere lange kabeltræk og minimere sandsynligheden for spalteafladning.

Planlæg med rimelighed arrangementet af solcellemoduler og føringen af ​​kabler, med det formål at minimere kabellængden og reducere antallet af bøjninger og samlinger i kablerne. Samtidig bør passende beskyttelsesanordninger installeres, såsom sikringer, kredsløbsafbrydere og lysbuefejlbeskyttelsesanordninger, for omgående at afbryde strømmen i tilfælde af unormaliteter i kredsløbet.