Kilde: iaeimagazine.org
Lightning's perfekte storm til ødelæggelse er på solfeltet. Solpaneler 'store - og ofte eksponeret og isoleret - placering gør overspændingsbeskyttelse kritisk for det at vare sin levetid.
Lyn er en elektrisk udledning i atmosfæren. Når lynet strejker, er brande tilbøjelige til at ske på grund af frigørelsen af energi. Nimbus -skyer (regnskyer) har en koncentration af elektrisk ladning, og deres akkumulering skaber en ionisering af luft. Ioniseringen af luft, der er mellem jorden og Nimbus -skyerne, skaber en udledning fra skyerne til jorden. Nimbus skyer forårsager de største bølger, fordi de er det, der genererer lyn.
Indirekte lynnedslag er destruktive. Anekdotiske observationer om lynaktivitet er normalt en dårlig indikator for lynniveauet - induceret overspænding i PV -arrays1. Indirekte lynnedslag kan let skade de følsomme komponenter inden for PV -udstyr, som ofte har en høj omkostning til at reparere eller udskifte de beskadigede komponenter og påvirker PV -systemets pålidelighed1. Overspændingen afhænger af opsætningsbetingelserne for hvert PV -system og ledningerne.
PV -systemer udsættes i store åbne rum, typisk i marker eller på toppen af bygninger. Ladede regnskyer, der akkumuleres over sådanne åbne felter, har tilbøjeligheden til at frigive ladningen i form af lyn. Når dette sker, forekommer en spændingsstigning sandsynligvis. Jo mere ekspansivt feltet er, jo mere sandsynligt er ødelæggelse at forekomme.
Elektronisk udstyr kan let blive beskadiget til det katastrofale fiasko ved bølger. Hvis der opstår en stigning, når der er noget personale, vil den også bringe deres sikkerhed i fare. Indirekte lynnedslag kan være dødelige, hvis personen er inden for 60 meter fra punktet med lynets strejke [2]. Når et PV -system er placeret på et industrielt sted, er forretningsdrift og udstyr også i fare. Invertere er dyre, men for industrielle applikationer er en endnu dyrere fiasko omkostningerne ved nedetid.
Når lynet rammer et solcelle -PV -system, forårsager det en induceret kortvarig strøm og spænding inden for Solar PV -systemtrådsløjfer. Disse kortvarige strømme og spændinger vises på udstyrsterminalerne og forårsager sandsynligvis isolering og dielektriske fejl inden for Solar PV -elektriske og elektronikkomponenter, såsom PV -paneler, inverter, kontrol og kommunikationsudstyr2, såvel som enheder i bygningsinstallationen3. Array -boksen, inverteren og MPPT (maksimal Power Point Tracker) enhed har de højeste punkter med fiasko.
For at forhindre høj energi i at passere gennem elektronik og forårsage højspændingsskade på PV -systemet, skal spændingsstigninger have en sti til jorden. For at gøre dette skal alle ledende overflader være direkte jordet, og alle ledninger, der kommer ind og udgår systemet (såsom Ethernet -kabler og AC -hovednettet), kobles til jorden gennem en overspændingsbeskyttelsesindretning (SPD).
En SPD er nødvendig for hver gruppe af strengene inden i array -boksen, Recombiner -boksen, såvel som DC -afbrydelsen.
Klassifikationer af overspændingsbeskyttelse
SPD'er giver beskyttelse mod farerne forårsaget af bølger.
UL 1449 [4] definerer type 1, type 2 og type 3 SPD'er:
Type 1:Én port, permanent tilsluttede SPD'er, undtagen Watt - timemålerkabler, beregnet til installation mellem sekundæren af servicetransformatoren og linjesiden af serviceudstyrets overstrømsanordning, såvel som belastningen, inklusive Watt - timemåler sokkelindeslutninger og støbt sag, der er beregnet til at blive installeret uden en ekstern overcurrent Device. Type 1 SPD'er til brug i PV -systemer kan tilsluttes mellem PV -arrayet og hovedtjenestens afbrydelse.
Type 2:Permanent tilsluttede SPD'er beregnet til installation på belastningssiden af serviceudstyrets overstrømsenhed; inklusive SPD'er placeret ved grenpanelet og støbt kabinet SPD'er. IMAX -værdien er den maksimale enkeltudladningsstrøm repræsenteret ved en 8/20 µs bølgeform, som SPD kan understøtte.
Type 3:Punkt for udnyttelses -SPD'er, der er installeret ved en minimumsførende længde på 10 meter fra det elektriske servicepanel til brugsstedet, for eksempel tilsluttet ledning, direkte stik - i, beholdertype og SPD'er installeret på udnyttelsesudstyret, der er beskyttet. Afstanden (10 meter) er eksklusiv ledere, der er forsynet med eller bruges til at fastgøre SPD'er.
SPD'er af type 1 beskytter mod direkte lynnedslag og er kendetegnet ved 10/350 µs nuværende bølge. SPD'er af type 1 bruges i centrale invertere.
Type 2 SPD'er beskytter mod indirekte lynnedslag, der er kendetegnet ved 8/20 µs bølgeformer. En bølgeform på 8/20 µs betyder, at strejken har en 8 µs stigningstid og en varighed til en - halvtop på 20 µs. Type 2 SPD'er forhindrer spredning af overspænding i elektriske installationer og udstyr. De beskytter også mod Lightning's elektromagnetiske effekt, der forplantes en stigning i ledningen.
En SPD af type 2 skal bruges på hver MPPT og inden for strenginvertere og matrixbokse.
Kasserne, hvor der opstår bølger, er normalt beskadiget fra strejker, der er indirekte. Det er ikke kun den type materiale og højde, men også den form, der påvirker et objekts evne til at tiltrække lynnedslag. Hvis formen på kassen eller materialet har en tilbøjelighed til at tiltrække lynnedslag, skal der anvendes en type 1 SPD eller en lynstang.
Højde, spidse former og isolering er de dominerende egenskaber, der bestemmer, hvor lynet strejker. Det er en myte, at metal tiltrækker lyn. Det er dog vigtigt at bemærke, at uanset hvor PV -gården er placeret eller formen af eventuelle nærliggende objekter, er SPD'er vigtige for hvert PV -system på grund af deres iboende følsomhed for direkte og indirekte strejker.
Valg af overspændingsbeskyttelse og installation til PV -systemer
PV -systemer har unikke egenskaber, som derfor kræver brug af SPD'er, der er specifikt designet til PV -systemer.
PV -systemer har høje DC -systemspændinger op til 1500 volt. Deres maksimale effektpunkt fungerer kun på et par percentiler under systemets kortslutningsstrøm.
For at bestemme det rigtige SPD -modul for PV -systemet og dets installation, skal du vide:
Lynets runde flashdensitet;
systemets driftstemperatur;
systemets spænding;
systemets kortslutningsstrømbedømmelse;
niveauet af bølgeform, der skal beskyttes mod (indirekte eller direkte lyn); og
den nominelle udladningsstrøm.
SPD -kravene til en installation, der er beskyttet af et eksternt lynbeskyttelsessystem (LPS), afhænger af den valgte klasse af LPS, og om separationsafstanden mellem LPS og PV -installationen er isoleret eller ikke - isoleret [4]. IEC 62305-3 beskriver kravene til separationsafstand for en ekstern LPS.
For at have en beskyttende effekt skal et SPD's spændingsbeskyttelsesniveau (UP) være 20 % lavere end den dielektriske styrke af systemets terminaludstyr.
Det er vigtigt at bruge en SPD med en kortslutning modstå strøm, der er større end kortslutningsstrømmen for solarraystrengen, som SPD er forbundet til. SPD, der leveres på DC -output, skal have en DC MCOV lig med eller større end den maksimale fotovoltaiske systemspænding for panelet.
Når lynet strejker ved punkt A (se figur 1), vil Solar PV -panelet og inverteren sandsynligvis blive beskadiget. Kun inverteren vil blive beskadiget, hvis lynet strejker ved punkt B. Imidlertid er inverteren typisk den dyreste komponent i et PV -system, og det er derfor, det er vigtigt at vælge korrekt og installere den korrekte SPD på både AC- og DC -linierne. Jo tættere strejken er på inverteren, jo mere beskadiget vil inverteren være.
Figur 1.Lightning Strike placering.
SPD'er til DC -siden af fotovoltaiske systemer
PV -kilder har meget forskellige strøm- og spændingsegenskaber end traditionelle DC -kilder: De har en ikke - lineær egenskab og forårsager lang- term vedholdenhed af antændte buer. Derfor kræver PV -strømkilder ikke kun større PV -switches og PV -sikringer, men også en afbrydelse for overspændingsbeskyttelsesanordningen, der er tilpasset denne unikke natur og i stand til at klare PV -strømme.
SPD'er, der er installeret på DC -siden, skal altid være specifikt designet til DC -applikationer. Brugen af en SPD på den forkerte AC- eller DC -side er farlig under fejlforhold.
Når SPD'er bruges på DC -siden, skal de også bruges på AC -siden på grund af de potentielle forskelle.
SPD'er til vekselstrømsiden
Overspændingsbeskyttelse er lige så vigtig for vekselstrømsiden som for DC -siden. Sørg for, at SPD er specifikt designet til AC -siden.
For optimal beskyttelse skal SPD være størrelse specifikt til systemet. Det rigtige valg garanterer den bedste beskyttelse med den længste levetid.
På AC -siden kan flere invertere tilsluttes den samme SPD, hvis de deler den samme gitterforbindelse.
Installation
SPD'er skal altid installeres opstrøms for de enheder, de vil beskytte. NFPA 780 12.4.2.1 siger, at der skal leveres overspændingsbeskyttelse på DC -output fra solcellepanelet fra positiv til jord og negativ til jorden, ved kombinerings- og rekombinerboksen for flere solcellepaneler og ved vekselstrømsudgangen af inverteren.
Den rette installation af en SPD er afhængig af tre værdier, som er:
Maksimal kontinuerlig driftsspænding: Spændingen, som SPD vil aktivere.
Spændingsbeskyttelsesniveau: Udstyrets overspændingskategori skal være højere end SPD's spændingsbeskyttelsesniveau.
Nominel udladningsstrøm: Den maksimale værdi af bølgeform (8/20 µs for type 2 SPD'er), som SPD er i stand til at modstå efter gentagne bølger.
Kabler
Kablerne i PV -systemer udvides ofte over lange afstande, så de kan nå gitterforbindelsespunktet. Imidlertid anbefales lange kabelængder aldrig, og PV -systemer er langt fra en undtagelse.
Dette skyldes, at effekten af felt - baseret og udført elektrisk interferens, der er forårsaget af lynudledninger, stiger i forhold til stigende kabellængder og ledersløjfer. Når der opstår en kortvarig overspænding, kan ethvert induktivt spændingsfald i forbindelseskablerne svække SPD's beskyttende virkning. Dette er mindre tilbøjeligt til at ske, hvis kablerne dirigeres til at være så korte som muligt.
Overspændingsspænding er en betydelig bidragyder til kabelfejl, og hver impuls på et kabel vil bidrage til forringelsen af kabelsisoleringsstyrken.
Hvis en bølge injiceres i et stativ - alene PV -system (et system, der er langt fra strømnettet), kan eventuelle udstyrsoperationer, der drives af solenergi, såsom medicinsk udstyr eller vandforsyning, forstyrres.
Placeringen og mængden af SPD'er, der skal installeres på DC -siden, afhænger af kablets længde mellem solcellepanelerne og inverteren (se tabel 1). Hvis længden er mindre end 10 meter, er kun kun en SPD nødvendig, og SPD skal installeres i samme nærhed som inverteren. Hvis kablets længde er mere end 10 meter, skal du installere en SPD i nærheden af inverteren såvel som en anden SPD i boksen, der er tæt på solpanelet.
Rute kabler på en sådan måde, at der undgår store ledersløjfer. AC- og DC -linjer og datalinjer skal dirigeres sammen med de ekvipotentielle bindingsledere langs hele ruten for at sikre, at ledersløjfer ikke dannes fra at blive dirigeret over flere strenge, eller når man forbinder inverteren til gitterforbindelsen.
Tabel 1.SPD -valg.
Sådan kombineres SPD'er med invertere
PV -gårde består af meget følsomt udstyr, der har brug for ekspansiv beskyttelse. Da PV -gårde skaber jævnstrøm (DC) strøm, er invertere (som er nødvendige for at konvertere denne strøm fra DC til AC) en væsentlig komponent til deres elektriske produktion. Desværre er invertere ikke kun meget modtagelige for lynnedslag, men de er utroligt dyre.
NFPA 780,Standard til installation af lynbeskyttelsessystemer, i 12.4.2.3 kræver yderligere SPD'er ved DC -input af inverteren, hvis systeminverteren er mere end 30 meter fra den nærmeste kombinerings- eller rekombinerboks.
Installer SPD mellem sikringerne og inverteren, hvis der er strengbeskyttere (såsom sikringer, DC -afbrydere eller strengdioder) [se figur 2].
Figur 2.SPD korrekt og forkert forbundet til inverter med strengbeskyttere.
For at forbinde en SPD, når der er en inverter med en integreret sikringsboks, skal du sikre dig, at de interne sikringer omgås, og at den eksterne streng sikringer er tilsluttet (se figur 3). SPD'erne skal monteres uden for inverteren og i en NEMA -type - 3 r kabinet eller højere, hvis det er en udendørs anvendelse.
Streng invertere skal installeres så tæt på strengene som muligt. SPD -kabler, der opretter forbindelse til L+/L - netværket, og mellem SPD's terminalblok og jordbusslinj, skal være mindre end 2,5 meter. Jo kortere forbindelseskabler, jo mere effektive og omkostninger - effektiv vil beskyttelsen være.
For invertere med kun en MPP -tracker skal du kombinere strengen før inverteren og forbinde dem til SPD på punktet med sammenkobling.
SPD -kombinationer skal planlægges for hvert input, når inverteren har flere MPP -trackere. En SPD skal bruges til hvert input, der er smeltet sammen med en strengdiode.
Figur 3.SPD tilsluttet inverter med integreret sikringsboks
Konklusion
At betjene fotovoltaisk udstyr uden korrekt overspændingsbeskyttelse er mere end risikabel forretning - Det er hensynsløst.
For at solsystemer skal være fremtiden for en grønnere verden, skal de beskyttes. Forekomsten af lyn er ustoppelig, og derfor er beskyttelsen vigtig.
Photovoltaic Systems 'sårbarhed over for lynnedslag - både direkte og indirekte - betyder, at de skal bygges med pålidelig og korrekt installeret overspændingsbeskyttelse.
