Fotovoltaïsche DC-boogproblemen Inleiding en oplossingen

Met de snelle ontwikkeling van zonnetechnologie is fotovoltaïsche energieopwekking wereldwijd een van de belangrijke groene energieoplossingen geworden. Fotovoltaïsche systemen spelen een belangrijke rol, of het nu op daken van woningen, industrieparken of grootschalige zonne-energiecentrales- is. Tegelijkertijd krijgen de veiligheidskwesties van fotovoltaïsche systemen geleidelijk de aandacht. DC-boog, als een elektrisch fenomeen dat de stabiliteit van fotovoltaïsche systemen kan beïnvloeden, is het waard om zorgvuldig te worden begrepen door elke beoefenaar en gebruiker.

1.De betekenis van DC Arc Striking

Gelijkstroomboogvorming verwijst, zoals de naam al doet vermoeden, naar het fenomeen waarbij zich een boog vormt tussen contactpunten wanneer het stroompad in een gelijkstroomcircuit plotseling wordt onderbroken.

Een elektrische boog is een soort gasontladingsverschijnsel. Wanneer een gas wordt geïoniseerd, vormt het een geleidend kanaal, wat resulteert in een elektrische boog. Wanneer er in fotovoltaïsche gelijkstroomcircuits een kleine opening in het circuit ontstaat, zal de gelijkspanning over de opening een elektrisch veld daarin creëren. Wanneer de elektrische veldsterkte een bepaald niveau bereikt, worden luchtmoleculen geïoniseerd. Luchtmoleculen zijn opgebouwd uit atomen, die bestaan ​​uit positief geladen kernen en negatief geladen elektronen. Onder een sterk elektrisch veld krijgen elektronen voldoende energie om zich los te maken van de kern en vrije elektronen te worden. Deze vrije elektronen versnellen in het elektrische veld, botsen met andere luchtmoleculen, waardoor meer moleculen worden geïoniseerd, waardoor een groot aantal vrije elektronen en positieve ionen ontstaat. Dit proces staat bekend als gasafbraak. Zodra het gas is afgebroken, ontstaat er een elektrische boog.

DC-boogaanslagproces:

Bij gelijkstroom kan de boog continu energie ontvangen, omdat deze geen nuldoorgangspunt heeft en de stroomrichting niet verandert, waardoor het moeilijk wordt om deze zelf te doven.

Afhankelijk van de circuitverbindingsmethode en de booglocatie kunnen bogen worden verdeeld in seriebogen en parallelle bogen (aardboog kan worden beschouwd als een speciaal type parallelle boog). Seriebogen komen meestal voor binnen een enkele stroomvoerende geleider. Omdat de afstand tussen de geleiders klein is en er veel geleiders zijn, is de frequentie van optreden hoger; Omdat het serieboogsignaal bovendien zwak is en gemakkelijk door ruis wordt gemaskeerd, is het bovendien moeilijk te detecteren en kan het, als het niet op tijd wordt aangepakt, gemakkelijk brand veroorzaken. Parallelle bogen ontstaan ​​meestal tussen verschillende geleiders onder spanning. Omdat de afstand tussen de geleiders groot is en het pad complex is, is de frequentie van optreden lager. Momenteel kunnen beschermende maatregelen zoals zekeringen en stroomonderbrekers de impact van parallelle bogen effectief beheersen.

2. Oorzaken vanDC-boogaanslag

2.1 Problemen met verbindingscomponenten

Verbindingscomponenten zijn een van de meest voorkomende probleempunten in fotovoltaïsche systemen en zijn ook een belangrijke oorzaak van DC-boogvorming.

• Losse, geoxideerde of versleten connectoren (zoals MC4-stekkers) zijn veelvoorkomende problemen: tijdens langdurig gebruik- kunnen connectoren losraken als gevolg van factoren zoals trillingen en temperatuurveranderingen. Losse connectoren kunnen de contactweerstand verhogen, waardoor er een grote hoeveelheid warmte ontstaat wanneer er stroom doorheen gaat, waardoor de temperatuur van de connector stijgt. Hoge temperaturen versnellen de oxidatie en slijtage van de connector, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat die uiteindelijk tot gaten leidt, waardoor vonken kunnen ontstaan.

• Het krimpen van kabelverbindingen voldoet niet aan de norm: onvoldoende krimpkracht of lekkage kan leiden tot slecht contact bij kabelverbindingen, waardoor de contactweerstand eveneens toeneemt, hoge temperaturen ontstaan ​​en bijgevolg vonkontladingen kunnen ontstaan.

2.2 Geleiderproblemen

Draden zijn belangrijke componenten in fotovoltaïsche systemen voor het overbrengen van stroom, en hun kwaliteit en staat hebben rechtstreeks invloed op de veilige werking van het systeem.

• Schade aan de kabelisolatielaag kan een opening veroorzaken tussen de geleider en de aardingslichamen of metalen steunen, wat kan leiden tot vonkontlading: De kabelisolatie kan tijdens installatie of gebruik beschadigd raken als gevolg van factoren zoals mechanische schade of chemische corrosie.

• De draad kan worden beschadigd door externe krachten (zoals knagen door knaagdieren of mechanische wrijving), wat resulteert in lokale blootstelling, wat ook een van de oorzaken is van het uitrekken van de boog: in sommige fotovoltaïsche elektriciteitscentrales buitenshuis knagen knaagdieren van tijd tot tijd aan kabels.

2.3 Milieu en verouderingsfactoren

Omgevingsfactoren en veroudering van apparatuur zijn ook belangrijke oorzaken van DC-boogvorming in fotovoltaïsche systemen.

• Langdurige blootstelling aan hoge temperaturen en hoge luchtvochtigheid kan de veroudering van componenten versnellen, wat leidt tot een afname van de isolatieprestaties: in omgevingen met hoge- temperaturen ondergaan de materialen van de componenten thermische veroudering, waardoor hun prestaties geleidelijk afnemen; in omgevingen met een hoge-vochtigheid kunnen de componenten vochtig worden, waardoor hun isolatie-eigenschappen worden aangetast.

• Stof en corrosie hopen zich op bij de verbindingspunten, wat de elektrische continuïteit kan verstoren en spleetontlading kan veroorzaken: In stoffige omgevingen met sterke corrosiviteit hebben verbindingspunten de neiging een grote hoeveelheid stof en corrosieve stoffen op te hopen. Deze materialen kunnen de overdracht van elektrische stroom belemmeren, de weerstand op de verbindingspunten verhogen, hoge temperaturen genereren en mogelijk vonkoverslag veroorzaken.

3.Detectietechnologie en toepassing van DC-boog in fotovoltaïsche zonne-energie

3.1 Arc-fout-circuitonderbreker (AFCI/AFDD)

De functie van een AFCI is om onmiddellijk 'de stroom te detecteren en af ​​te sluiten' wanneer er een boog ontstaat, waardoor wordt voorkomen dat de brand zich verspreidt.

Het wordt meestal geïntegreerd in DC-combineerdozen, omvormers of stroomonderbrekers om stroomsignalen in realtime te bewaken. Wanneer er een boog ontstaat, vertoont de stroomgolfvorm specifieke hoogfrequente ruis en vervorming. De AFCI gebruikt algoritmen om dit abnormale signaal te detecteren en ontkoppelt snel het circuit.

Zoals weergegeven in de huidige spectrumgolfvorm hierboven, geeft het rood het optreden van een elektrische boog aan, wat duidelijk contrasteert met het blauw waar er geen boog is.

In een typisch elektrisch systeem varieert willekeurige achtergrondruis doorgaans alleen merkbaar bij frequenties boven 200 kHz. Schakelende controllercircuits, zoals omvormers in het elektrische systeem, werken daarentegen doorgaans bij spectra onder 50 kHz. Om nog maar te zwijgen van het feit dat het wisselstroomvoedingssignaal zelf een nog lagere frequentie heeft, namelijk 50/60 Hz. Door het FFT-algoritme te gebruiken om de gedetecteerde kabelstroom om te zetten in het frequentiedomein en vervolgens de frequentieband tussen 30 kHz en 100 kHz te analyseren, is het daarom mogelijk om effectief onderscheid te maken tussen normale werking van het circuitsysteem en abnormale boogvormingsomstandigheden.

Hoofdstructuur

AFCI-boogfoutstroomonderbrekers bestaan ​​hoofdzakelijk uit een onderbrekermodule, lekkagemodule, voedingsmodule, signaalconditioneringsmodule, uitschakeleenheidmodule en communicatie-interfacemodule.

• Voedingsmodule: levert stroom aan de relevante apparaten binnen de AFCI/AFDD.

• Signaalversterkermodule: Het stroomsignaal in het hoofdcircuit wordt via een lijnstroomtransformator naar de signaalversterkermodule geleid. De module versterkt, corrigeert en filtert het signaal voordat het ter verwerking naar de microcontroller wordt gestuurd.

• Uitschakelmodule: In de AFCI-boogfoutstroomonderbreker gebruikt de elektromagnetische structuur van de uitschakelmodule een nieuwe energie{0}}besparende technologie, waardoor de kernverliezen en kortsluitverliezen- van het elektromagnetische schakelsysteem worden geminimaliseerd, waardoor de energiebesparing wordt gemaximaliseerd. Er is een bufferapparaat toegevoegd om de energie-impact op het elektromagnetische systeem te verminderen, waardoor de sluitprestaties van de schakelaar worden verbeterd en de levensduur wordt verlengd. Het bedieningsmechanisme van de uitschakelmodule kan foutsignalen ontvangen die worden gedetecteerd door de hoofdbesturingschip MCU en het spoelcircuit onderbreken via stuurcontacten, waarbij het elektromagnetische mechanisme het hoofdcircuit verbreekt. Nadat de fout is verholpen, wordt door het indrukken van de bedieningsknop de module gereset.

• Communicatie-interfacemodule: Deze module maakt realtime overdracht van gegevens zoals stroom-, spannings-, stroomfase- en boogsignalen naar de terminalcomputer mogelijk, waardoor bewaking op afstand mogelijk wordt.

Werkingsprincipe

De hoofdbesturingschip MCU van de AFCI-boogfoutstroomonderbreker bewaakt het stroomsignaal in het hoofdcircuit in realtime. Wanneer er een boogfout wordt gedetecteerd in het hoofdcircuit, verzendt de microcontroller een uitschakelsignaal en voert het uitschakelcircuit de uitschakeling uit.

3.2Infrarood warmtebeeldtechnologie

Infrarood-warmtebeeldtechnologie detecteert abnormale verwarming op verbindingspunten via een infraroodcamera, waardoor potentiële vlamboogrisico's vooraf kunnen worden geïdentificeerd. Slecht contact gaat vaak gepaard met plaatselijke hoge temperaturen, en thermische infraroodbeelden kunnen deze gebieden met hoge temperaturen duidelijk weergeven, waardoor onderhoudspersoneel een intuïtieve referentie krijgt.

4.Beschermende maatregelen en implementatie voor DC-boogfouten in fotovoltaïsche zonne-energie

4.1 Standaardinstallatie

Een juiste installatie is de basis voor het voorkomen van DC-boogvorming in fotovoltaïsche systemen. Zorg er tijdens het installatieproces voor dat connectoren en kabelverbindingen stevig worden gekrompen om losse verbindingen te voorkomen. Voor het krimpen moet professioneel gereedschap worden gebruikt, waarbij met de gespecificeerde kracht wordt gewerkt om een ​​minimale contactweerstand op de verbindingspunten te garanderen.

Kies tegelijkertijd voor isolatiematerialen die aan de normen voldoen om de kans op mechanische schade te verkleinen. Vermijd bij het installeren van kabels overmatig buigen en strekken om schade aan de isolatielaag te voorkomen.

4.2Componentselectie

Kies connectoren en kabels die bestand zijn tegen veroudering en hoge temperaturen, en vooral in ruwe omgevingen het beschermingsniveau van componenten verhogen (zoals IP65/IP67). Houd bij het selecteren van componenten volledig rekening met de omgevingsomstandigheden van de fotovoltaïsche energiecentrale, zoals temperatuur, vochtigheid en corrosiviteit.

In fotovoltaïsche energiecentrales in gebieden met hoge- temperaturen moeten bijvoorbeeld connectoren en kabels worden gekozen die stabiele prestaties kunnen behouden bij hogere temperaturen; in zeer corrosieve omgevingen zoals kustgebieden moeten componenten met corrosieweerstand worden geselecteerd.

4.3 Systeemontwerpoptimalisatie

Optimalisatie van het systeemontwerp is cruciaal voor het voorkomen van DC-boogvorming in fotovoltaïsche systemen. Tijdens het ontwerpproces is het belangrijk om buitensporig hoge gelijkspanningen te vermijden (die moeten voldoen aan de veiligheidsnormen), lange kabellengtes te verminderen en de kans op spleetontlading te minimaliseren.

Plan de plaatsing van fotovoltaïsche modules en het leggen van kabels op een redelijke manier, met als doel de kabellengte te minimaliseren en het aantal bochten en verbindingen in de kabels te verminderen. Tegelijkertijd moeten geschikte beveiligingsvoorzieningen worden geïnstalleerd, zoals zekeringen, stroomonderbrekers en beveiligingsapparatuur tegen vlambogen, om de stroom onmiddellijk af te sluiten in geval van afwijkingen in het circuit.