الحماية من زيادة التيار للأنظمة الكهروضوئية

ضربات البرق غير المباشرة مدمرة. عادة ما تكون الملاحظات القصصية حول نشاط البرق مؤشرًا ضعيفًا لمستوى الجهد الزائد الناجم عن البرق في المصفوفات الكهروضوئية. يمكن أن تؤدي ضربات البرق غير المباشرة إلى إتلاف المكونات الحساسة داخل المعدات الكهروضوئية بسهولة، والتي غالبًا ما تكون لها تكلفة عالية لإصلاح أو استبدال المكونات التالفة، وتؤثر على موثوقية النظام الكهروضوئي. يعتمد الجهد الزائد على ظروف الإعداد لكل نظام كهروضوئي والأسلاك.

يتم عرض الأنظمة الكهروضوئية في مساحات مفتوحة كبيرة، عادة في الحقول أو على أسطح المباني. السحب الممطرة المشحونة التي تتراكم فوق هذه الحقول المفتوحة لديها ميل إلى إطلاق الشحنة على شكل برق. عندما يحدث هذا، فمن المرجح أن يحدث ارتفاع في الجهد. كلما كان الحقل أكثر اتساعًا، زاد احتمال حدوث الدمار.

عندما يقع النظام الكهروضوئي في موقع صناعي، فإن العمليات التجارية والمعدات تكون أيضًا في خطر. إن العواكس باهظة الثمن، ولكن بالنسبة للتطبيقات الصناعية، فإن الفشل الأكثر تكلفة هو تكلفة التوقف عن العمل.

عندما يضرب البرق نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فإنه يسبب تيارًا وجهدًا عابرًا مستحثًا داخل حلقات سلك النظام الكهروضوئي الشمسي. ستظهر هذه التيارات والفولتية العابرة في أطراف المعدات ومن المحتمل أن تتسبب في عزل وفشل العزل الكهربائي داخل المكونات الكهربائية والإلكترونية للطاقة الشمسية الكهروضوئية مثل الألواح الكهروضوئية والعاكس ومعدات التحكم والاتصالات، بالإضافة إلى الأجهزة الموجودة في تركيب المبنى. صندوق المصفوفة والعاكس وMPPT (الطاقة القصوىنقطة تعقب) الجهاز لديها أعلى نقاط الفشل.

لمنع مرور الطاقة العالية عبر الأجهزة الإلكترونية والتسبب في تلف الجهد العالي للنظام الكهروضوئي، يجب أن يكون لارتفاع الجهد مسار إلى الأرض. للقيام بذلك، يجب أن تكون جميع الأسطح الموصلة مؤرضة مباشرة وأن تكون جميع الأسلاك التي تدخل النظام وتخرج منه (مثل كابلات Ethernet وأنابيب التيار المتردد) مقترنة بالأرض من خلال SPD.

هناك حاجة إلى جهاز حماية من زيادة التيار لكل مجموعة من السلاسل داخل صندوق المصفوفة، وصندوق إعادة التجميع، بالإضافة إلى قطع التيار المستمر.

اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار وتركيبه للأنظمة الكهروضوئية

تتمتع الأنظمة الكهروضوئية بخصائص فريدة، مما يتطلب بالتالي استخدام أجهزة SPD المصممة خصيصًا للأنظمة الكهروضوئية.

تتمتع الأنظمة الكهروضوئية بفولتية نظام تيار مستمر عالية تصل إلى 1500 فولت. تعمل نقطة الطاقة القصوى الخاصة بهم بنسب مئوية قليلة فقط تحت تيار الدائرة القصيرة للنظام.

لتحديد وحدة SPD المناسبة للنظام الكهروضوئي وتركيبها، يجب أن تعرف:

ل كثافة فلاش جولة البرق.;

ل درجة حرارة تشغيل النظام.;

ل جهد النظام.;

ل تصنيف تيار الدائرة القصيرة للنظام ؛;

l مستوى الشكل الموجي المراد حمايته ضد (البرق المباشر أو غير المباشر)؛;

ل تيار التفريغ الاسمي.

تعتمد متطلبات SPD للتركيب المحمي بواسطة نظام الحماية من الصواعق الخارجي (LPS) على الفئة المحددة من LPS وما إذا كانت المسافة الفاصلة بين LPS والتركيب الكهروضوئي معزولة أم غير معزولة. توضح المواصفة القياسية IEC 62305-3 متطلبات مسافة الفصل لـ LPS خارجي.

للحصول على تأثير وقائي، يجب أن يكون مستوى حماية جهد SPD (أعلى) أقل بمقدار 20 % من قوة العزل الكهربائي للمعدات الطرفية للنظام.

من المهم استخدام SPD مع دائرة كهربائية قصيرة تتحمل تيارًا أكبر من تيار الدائرة القصيرة لسلسلة المصفوفة الشمسية التي يتصل بها SPD. يجب أن يحتوي SPD الذي يتم توفيره على مخرج التيار المستمر على تيار مستمر MCOV يساوي أو أكبر من الحد الأقصى لجهد النظام الكهروضوئي للوحة.

SPDs لجانب التيار المستمر للأنظمة الكهروضوئية

تتميز المصادر الكهروضوئية بخصائص تيار وجهد مختلفة تمامًا عن مصادر التيار المستمر التقليدية: فهي تتميز بخاصية غير خطية وتتسبب في استمرار الأقواس المشتعلة على المدى الطويل. لذلك، لا تتطلب مصادر التيار الكهروضوئي مفاتيح كهروضوئية أكبر وصمامات كهروضوئية فحسب، بل تتطلب أيضًا فاصلًا لجهاز الحماية من زيادة التيار الذي يتكيف مع هذه الطبيعة الفريدة وقادر على التعامل مع التيارات الكهروضوئية.

يجب دائمًا أن تكون أجهزة SPD المثبتة على جانب التيار المستمر مصممة خصيصًا لتطبيقات التيار المستمر. يعد استخدام SPD على جانب التيار المتردد أو التيار المستمر غير الصحيح أمرًا خطيرًا في ظل ظروف الخطأ.

تثبيت

يجب دائمًا تثبيت أجهزة SPD في أعلى الأجهزة التي ستقوم بحمايتها. تنص NFPA 780 12.4.2.1 على أنه يجب توفير الحماية من زيادة التيار على مخرج التيار المستمر للوحة الشمسية من الموجب إلى الأرض ومن السالب إلى الأرض، وفي صندوق الدمج وإعادة التجميع للألواح الشمسية المتعددة، وعند خرج التيار المتردد للعاكس.

يعتمد التثبيت الصحيح لـ SPD على ثلاث قيم، وهي:

l الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر: الجهد الذي سيتم تنشيطه بواسطة SPD.

l مستوى حماية الجهد: يجب أن تكون فئة الجهد الزائد للمعدات أعلى من مستوى حماية الجهد الخاص بـ SPD.

ل تيار التفريغ الاسمي: قيمة الذروة لشكل الموجة (8/20 μs للنوع 2 SPDs) التي يستطيع SPD تحملها بعد الزيادات المتكررة.

كيفية الجمع بين SPDs والعاكسات

تتكون المزارع الكهروضوئية من معدات حساسة للغاية تحتاج إلى حماية موسعة. نظرًا لأن المزارع الكهروضوئية تولد طاقة تيار مباشر (DC)، فإن العاكسات (الضرورية لتحويل هذه الطاقة من العاصمة إلى التيار المتردد) تعد مكونًا أساسيًا لإنتاجها الكهربائي. ولسوء الحظ، فإن المحولات ليست فقط معرضة بدرجة كبيرة لضربات البرق ولكنها باهظة الثمن بشكل لا يصدق.

يتطلب NFPA 780 12.4.2.3 وحدات SPD إضافية عند دخل التيار المستمر للعاكس إذا كان عاكس النظام على بعد أكثر من 30 مترًا من أقرب صندوق تجميع أو مجمع.

قم بتثبيت SPD بين الصمامات والعاكس في حالة وجود واقيات سلسلة (مثل الصمامات أو قواطع التيار المستمر أو الثنائيات السلسلة)

لتوصيل SPD عندما يكون هناك عاكس مزود بصندوق منصهرات مدمج، تأكد من تجاوز المنصهرات الداخلية ومن توصيل منصهرات السلسلة الخارجية.

يجب تثبيت محولات السلسلة في أقرب مكان ممكن من السلاسل. يجب أن تكون كابلات SPD التي تتصل بشبكة L+/L-، وبين الكتلة الطرفية لـ SPD وقضيب التوصيل الأرضي، أقل من 2.5 متر. كلما كانت كابلات التوصيل أقصر، أصبحت الحماية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.

بالنسبة للعاكسات التي تحتوي على جهاز تتبع MPP واحد فقط، قم بدمج السلسلة قبل العاكس وقم بتوصيلها بـ SPD عند نقطة التوصيل البيني.

يجب تخطيط مجموعات SPD لكل مدخل عندما يكون لدى العاكس أجهزة تتبع MPP متعددة. يجب استخدام SPD لكل إدخال يتم دمجه مع سلسلة الصمام الثنائي.

مراجع

[1] دليل الحماية من الصواعق، معيار DIN EN 62305 – 3، 2014.

[2] معيار أجهزة الحماية من الاندفاع المفاجئ، UL 1449, 2014.

[3] أجهزة الحماية من زيادة الجهد المنخفض - الجزء 32: أجهزة الحماية من زيادة الجهد المتصلة بالتيار المستمر جانب المنشآت الكهروضوئية - مبادئ الاختيار والتطبيق، IEC Standard 61643-32، 2 017.