Bron: iAeimagazine.org
De perfecte storm van Lightning voor vernietiging is op het zonneveld. De grote en vaak blootgestelde en geïsoleerde locatie van zonnepanelen maken de overspanningsbescherming van cruciaal belang om zijn levensduur te duren.
Bliksem is een elektrische afvoer in de atmosfeer. Wanneer bliksem toeslaat, zijn branden vatbaar voor het vrijgeven van energie. Nimbus -wolken (regenwolken) hebben een concentratie elektrische lading en hun accumulatie creëert een ionisatie van lucht. De ionisatie van lucht tussen de grond en de Nimbus -wolken creëert een ontlading van de wolken naar de grond. Nimbus -wolken veroorzaken de grootste pieken omdat ze een bliksem genereren.
Indirecte blikseminslagen zijn destructief. Anekdotale waarnemingen over bliksemactiviteit is meestal een slechte indicator voor het niveau van door bliksem veroorzaakte overspanningen in PV-arrays1. Indirecte blikseminslagen kunnen gemakkelijk de gevoelige componenten binnen PV -apparatuur beschadigen, die vaak hoge kosten hebben om de beschadigde componenten te repareren of te vervangen en de betrouwbaarheid van het PV -systeem beïnvloedt1. De overspanning is afhankelijk van de instellingsomstandigheden van elk PV -systeem en de bedrading.
PV -systemen worden blootgesteld in grote open ruimtes, meestal in velden of op de bovenkant van gebouwen. Geladen regenwolken die zich over dergelijke open velden ophopen, hebben de neiging om de lading in de vorm van bliksem vrij te geven. Wanneer dit gebeurt, zal er waarschijnlijk een spanningsstoot plaatsvinden. Hoe uitgebreider het veld is, hoe groter de waarschijnlijkheid zal plaatsvinden.
Elektronische apparatuur kan gemakkelijk worden beschadigd tot het punt van catastrofaal falen door pieken. Als er een toename plaatsvindt wanneer er een personeel aanwezig is, zal deze ook hun veiligheid in gevaar brengen. Indirecte bliksemaanvallen kunnen fataal zijn als de persoon zich op 60 voet van het punt van de blikseminslag bevindt [2]. Wanneer een PV -systeem zich op een industriële site bevindt, zijn de bedrijfsactiviteiten en apparatuur ook in gevaar. Omvormers zijn duur, maar voor industriële toepassingen zijn een nog duurdere mislukking de kosten van downtime.
Wanneer de bliksem een PV -systeem op zonne -energie raakt, veroorzaakt dit een geïnduceerde tijdelijke stroom en spanning in de draadlussen van de zonne -PV -systeem. Deze voorbijgaande stromen en spanningen verschijnen op de apparatuuraansluitingen en veroorzaken waarschijnlijk isolatie en diëlektrische storingen binnen de elektrische en elektronica -componenten van zonne -PV, zoals de PV -panelen, de omvormer-, bedienings- en communicatieapparatuur2, evenals apparaten in de bouwinstallatie3. De arraybox, het omvormer en het MPPT -apparaat (maximale power point tracker) hebben de hoogste faalpunten.
Om te voorkomen dat hoge energie door elektronica gaat en hoge spanningsschade aan het PV -systeem veroorzaakt, moeten spanningsstieken een pad naar de grond hebben. Om dit te doen, moeten alle geleidende oppervlakken direct worden geaard en alle bedrading die het systeem binnenkomt en verlaat (zoals Ethernet -kabels en AC -netgoten) worden gekoppeld om te worden gemalen via een overspanningsbeveiligingsapparaat (SPD).
Een SPD is nodig voor elke groep van de snaren in de arraybox, de recombinatiedoos, evenals de DC -loskoppeling.
Surge Protection Device Classifications
SPD's bieden bescherming tegen de gevaren veroorzaakt door pieken.
UL 1449 [4] definieert type 1, type 2 en type 3 SPD's:
Type 1:Eén poort, permanent aangesloten SPD's, behalve voor wattuurmeter socket-behuizingen, bedoeld voor de installatie tussen de secundaire van de servicestransformator en de lijnzijde van het overstroomapparaat van de serviceapparatuur, evenals de laadzijde, inclusief wattuur meter socket-behuizingen en gevormde behuizingssplits die zijn geïnstalleerd zonder een externe overcurrent. Type 1 SPD's voor gebruik in PV -systemen kunnen worden aangesloten tussen de PV -array en de hoofdservice loskoppeling.
Type 2:Permanent aangesloten SPD's bedoeld voor installatie aan de laadzijde van het overstroomapparaat van de serviceapparatuur; inclusief SPD's op het vertakkingspaneel en de SPD's van de gevormde behuizing. De IMAX -waarde is de maximale enkele ontladingsstroom die wordt weergegeven door een 8/20 µs golfvorm die de SPD kan ondersteunen.
Type 3:Punt van gebruik SPD's, geïnstalleerd op een minimale geleidingslengte van 10 meter van het elektrische servicepaneel tot het gebruikspunt, bijvoorbeeld in het koord verbonden, directe plug-in, recentatietype en SPD's geïnstalleerd op de gebruik van de gebruiksapparatuur. De afstand (10 meter) is exclusief geleiders die zijn voorzien van of gebruikt om SPD's te bevestigen.
Type 1 SPD's beschermen tegen directe blikseminslagen en worden gekenmerkt door een stroom van 10/350 µs stroom. Type 1 SPD's worden gebruikt in centrale omvormers.
Type 2 SPD's beschermen tegen indirecte blikseminslagen, die worden gekenmerkt door 8/20 µs golfvormen. Een golfvorm van 8/20 µs betekent dat de staking een stijgingstijd van 8 µs heeft en een duur tot een halve piek van 20 µs. Type 2 SPD's voorkomen de verspreiding van overspanning naar elektrische installaties en apparatuur. Ze beschermen ook tegen het elektromagnetische effect van de bliksem dat een golf in de draad voortplant.
Een Type 2 SPD moet worden gebruikt op elke MPPT en binnen tekenreeksomvormers en arrayboxen.
De dozen waar stijgen optreden, worden meestal beschadigd door stakingen die indirect zijn. Het is niet alleen het type materiaal en de hoogte, maar ook de vorm die het vermogen van een object beïnvloedt om blikseminslag aan te trekken. Als de vorm van de doos of het materiaal een neiging heeft om blikseminslagen aan te trekken, moet een Type 1 SPD of een bliksemafleider worden gebruikt.
Hoogte, puntige vormen en isolatie zijn de dominante kenmerken die bepalen waar blikseminrichting toeslaat. Het is een mythe dat metaal bliksem aantrekt. Het is echter belangrijk op te merken dat, ongeacht waar de PV -boerderij zich bevindt, of de vorm van objecten in de buurt, SPD's essentieel zijn voor elk PV -systeem vanwege hun inherente gevoeligheid voor directe en indirecte stakingen.
Selectie van overspanningsbeveiliging en installatie voor PV -systemen
PV -systemen hebben unieke kenmerken, die daarom het gebruik van SPD's vereisen die specifiek zijn ontworpen voor PV -systemen.
PV -systemen hebben hoge DC -systeemspanningen tot 1500 volt. Hun maximale vermogenspunt werkt op slechts enkele percentielen onder de kortsluitstroom van het systeem.
Om de juiste SPD -module voor het PV -systeem en de installatie ervan te bepalen, moet u weten:
de bliksemronde flitsdichtheid;
de bedrijfstemperatuur van het systeem;
de spanning van het systeem;
De kortsluitingsrating van het systeem;
het niveau van golfvorm dat moet worden beschermd tegen (indirecte of directe bliksem); En
de nominale ontladingsstroom.
De SPD-vereisten voor een installatie die wordt beschermd door een extern bliksembeveiligingssysteem (LPS) is afhankelijk van de geselecteerde klasse van de LPS en of de scheidingsafstand tussen de LP's en de PV-installatie geïsoleerd of niet-geïsoleerd is [4]. IEC 62305-3 beschrijft de scheidingsafstandsvereisten voor een externe LPS.
Om een beschermend effect te hebben, moet het spanningsbeschermingsniveau (hoger) van een SPD 20 % lager zijn dan de diëlektrische sterkte van de terminalapparatuur van het systeem.
Het is belangrijk om een SPD te gebruiken met een kortsluiting met de stroom die groter is dan de kortsluitstroom van de Solar -arrayreeks waaraan de SPD is verbonden. De SPD die op de DC -uitgang wordt verstrekt, moet een DC MCOV hebben die gelijk is aan of groter dan de maximale fotovoltaïsche systeemspanning van het paneel.
Wanneer bliksem op punt A toeslaat (zie figuur 1), zullen het Solar PV -paneel en de omvormer waarschijnlijk worden beschadigd. Alleen de omvormer zal worden beschadigd als de bliksem op punt B toeslaat. De omvormer is echter meestal de duurste component binnen een PV -systeem, daarom is het essentieel om de juiste SPD op zowel de AC- als DC -lijnen correct te selecteren en te installeren. Hoe dichter de staking bij de omvormer is, hoe meer beschadigd de omvormer zal zijn.
Figuur 1.Lightning Strike -locatie.
SPD's voor de DC -kant van fotovoltaïsche systemen
PV-bronnen hebben zeer verschillende stroom- en spanningskenmerken dan traditionele DC-bronnen: ze hebben een niet-lineair kenmerk en veroorzaken langdurige persistentie van ontstekte bogen. Daarom vereisen PV -huidige bronnen niet alleen grotere PV -schakelaars en PV -lonten, maar ook een disconnector voor het overspanningsbeveiligingsapparaat dat is aangepast aan deze unieke aard en in staat is om met PV -stromen om te gaan.
SPD's geïnstalleerd aan de DC -zijde moeten altijd specifiek worden ontworpen voor DC -toepassingen. Het gebruik van een SPD op de onjuiste AC- of DC -zijde is gevaarlijk onder foutomstandigheden.
Wanneer SPD's aan de DC -zijde worden gebruikt, moeten ze ook aan de AC -zijde worden gebruikt vanwege de potentiële verschillen.
SPD's voor de AC -zijde
Stijsbeveiliging is net zo belangrijk voor de AC -kant als voor de DC -zijde. Zorg ervoor dat de SPD specifiek is ontworpen voor de AC -zijde.
Voor optimale bescherming moet de SPD specifiek voor het systeem zijn. De juiste selectie garandeert de beste bescherming met de langste levensduur.
Aan de AC -zijde kunnen meerdere omvormers worden aangesloten op dezelfde SPD als ze dezelfde rasterverbinding delen.
Installatie
SPD's moeten altijd stroomopwaarts worden geïnstalleerd van de apparaten die ze gaan beschermen. NFPA 780 12.4.2.1 zegt dat de overspanningsbeveiliging moet worden verstrekt op de DC -uitgang van het zonnepaneel van positief naar grond en negatief naar grond, bij de combiner en recombinatiedoos voor meerdere zonnepanelen en bij de AC -uitgang van de omvormer.
De juiste installatie van een SPD is gebaseerd op drie waarden, die zijn:
Maximale continue bedrijfsspanning: de spanning die de SPD zal activeren.
Spanningsbeschermingsniveau: de overspanningscategorie van de apparatuur moet hoger zijn dan het spanningsbeschermingsniveau van de SPD.
Nominale ontladingsstroom: de piekwaarde van golfvorm (8/20 µs voor SPD's van type 2) die de SPD kan weerstaan na repetitieve stijgingen.
Kabels
De kabels in PV -systemen worden vaak over lange afstanden uitgebreid, zodat ze het roosterverbindingspunt kunnen bereiken. Lange kabellengtes worden echter nooit aanbevolen en PV -systemen zijn verre van een uitzondering.
Dit komt omdat het effect van veldgebaseerde en uitgevoerd elektrische interferentie dat wordt veroorzaakt door blikseminladingen toeneemt in relatie tot toenemende kabellengtes en geleiderslussen. Wanneer een voorbijgaande overspanning optreedt, kan elke inductieve spanningsval in de verbindingskabels het beschermende effect van de SPD verzwakken. Dit zal minder kans zijn als de kabels worden geleid om zo kort mogelijk te zijn.
Surge -spanning levert een belangrijke bijdrage aan de kabelfout en elke impuls op een kabel zal bijdragen aan de verslechtering van de isolatiesterkte van de kabel.
Als een stijging wordt geïnjecteerd in een stand-alone PV-systeem (een systeem dat verre van het vermogensnet is), kunnen alle apparatuuractiviteiten die worden aangedreven door zonne-elektriciteit, zoals medische apparatuur of watervoorziening, worden verstoord.
De locatie en hoeveelheid SPD's om aan de DC -zijde te installeren, zijn afhankelijk van de lengte van de kabel tussen de zonnepanelen en de omvormer (zie tabel 1). Als de lengte minder dan 10 meter is, is slechts één SPD noodzakelijk en moet de SPD binnen dezelfde omgeving worden geïnstalleerd als de omvormer. Als de lengte van de kabel meer dan 10 meter is, installeer dan een SPD in de buurt van de omvormer, evenals een tweede SPD in de doos die dicht bij het zonnepaneel ligt.
Route kabels op zo'n manier die grote geleiderslussen vermijdt. AC- en DC -lijnen en data -lijnen moeten samen met de equipotentiaalverbindingsgeleiders langs de hele route worden geleid om ervoor te zorgen dat geleiderslussen niet worden gevormd om over verschillende snaren te worden gerouteerd of bij het aansluiten van de omvormer met de rasterverbinding.
Tabel 1.SPD -selectie.
Hoe SPD's te combineren met omvormers
PV -boerderijen bestaan uit zeer gevoelige apparatuur die uitgebreide bescherming nodig heeft. Omdat PV -boerderijen directe stroom (DC) vermogen creëren, zijn omvormers (die nodig zijn om dit vermogen van DC naar AC te converteren) een essentieel onderdeel van hun elektrische productie. Helaas zijn omvormers niet alleen zeer gevoelig voor blikseminslagen, maar ze zijn ongelooflijk duur.
NFPA 780,Standaard voor de installatie van bliksembeveiligingssystemen, in 12.4.2.3 vereist extra SPD's bij de DC -ingang van de omvormer als de systeemomvormer meer dan 30 meter van de dichtstbijzijnde combiner- of recombiner -box ligt.
Installeer de SPD tussen de zekeringen en de omvormer als er stringbeschermers zijn (zoals zekeringen, DC -breakers of stringdioden) [zie figuur 2].
Figuur 2.SPD correct en onjuist verbonden met omvormer met stringbeschermers.
Om een SPD aan te sluiten wanneer er een omvormer is met een geïntegreerde zekeringkast, zorg er dan voor dat de interne cijfers worden omzeild en dat de externe stringliggers zijn aangesloten (zie figuur 3). De SPD's moeten buiten de omvormer worden gemonteerd en in een NEMA -type - 3 R -behuizing of hoger als het een buitentoepassing is.
Stringomvormers moeten zo dicht mogelijk bij de snaren worden geïnstalleerd. SPD-kabels die verbinding maken met het L+/L-netwerk, en tussen het terminalblok van de SPD en de grondbus, moeten minder zijn dan 2,5 meter. Hoe korter de verbindingskabels, hoe efficiënter en kosteneffectief de bescherming zal zijn.
Voor omvormers met slechts één MPP -tracker, combineer de string voor de omvormer en verbind ze op de SPD op het punt van interconnectie.
SPD -combinaties moeten voor elke invoer worden gepland wanneer de omvormer meerdere MPP -trackers heeft. Een SPD moet worden gebruikt voor elke invoer die is versmolten met een stringdiode.
Figuur 3.SPD verbonden met Inverter met geïntegreerde zekeringkast
Conclusie
Het is roekeloos om fotovoltaïsche apparatuur te bedienen zonder de juiste overspanningsbeveiliging is het meer dan risicovolle business-het is roekeloos.
Voor zonnestelsels om de toekomst van een groenere wereld te zijn, moeten ze worden beschermd. Het optreden van bliksem is niet te stoppen en dus is bescherming essentieel.
De kwetsbaarheid van fotovoltaïsche systemen voor blikseminslag, zowel direct als indirect-middelen dat ze moeten worden gebouwd met betrouwbare en correct geïnstalleerde overspanningsbeveiliging.