Overspændingsbeskyttelse til solcelleanlæg

Indirekte lynnedslag er ødelæggende. Anekdotiske observationer om lynaktivitet er normalt en dårlig indikator for niveauet af lyninduceret overspænding i PV-arrays. Indirekte lynnedslag kan nemt beskadige de følsomme komponenter i PV-udstyr, hvilket ofte har en høj pris at reparere eller udskifte de beskadigede komponenter, og påvirker PV-systemets pålidelighed. Overspændingen afhænger af opsætningsforholdene for hvert solcelleanlæg og ledningerne.

Solcelleanlæg er udsat i store åbne rum, typisk på marker eller på toppen af ​​bygninger. Ladede regnskyer, der samler sig over sådanne åbne marker, har tilbøjelighed til at frigive ladningen i form af lyn. Når dette sker, vil der sandsynligvis forekomme en spændingsstigning. Jo mere ekspansivt feltet er, jo mere sandsynligt vil ødelæggelse finde sted.

Når et solcelleanlæg er placeret på en industriplads, er forretningsdriften og udstyret også i fare. Invertere er dyre, men til industrielle anvendelser er en endnu dyrere fejl omkostningerne ved nedetid.

Når lynet rammer et solcelleanlæg, forårsager det en induceret transient strøm og spænding i solcelleanlæggets ledningsløjfer. Disse transiente strømme og spændinger vil forekomme ved udstyrsterminalerne og forårsager sandsynligvis isolations- og dielektriske fejl i solcelleanlæggets elektriske og elektroniske komponenter såsom solcellepaneler, inverteren, kontrol- og kommunikationsudstyret samt enheder i bygningsinstallationen. Arrayboksen, inverteren og MPPT (maksimal effektpoint tracker) enhed har de højeste fejlpunkter.

For at forhindre høj energi i at passere gennem elektronik og forårsage højspændingsskader på solcelleanlægget, skal spændingsstød have en vej til jord. For at gøre dette skal alle ledende overflader jordes direkte, og alle ledninger, der kommer ind og ud af systemet (såsom Ethernet-kabler og vekselstrøm), skal forbindes til jord gennem en SPD.

En overspændingsbeskyttelsesanordning er nødvendig for hver gruppe af strenge i arrayboksen, rekombinerboksen samt DC-frakoblingen.

Valg og installation af overspændingsbeskyttelsesenhed til PV-systemer

PV-systemer har unikke egenskaber, som derfor kræver brug af SPD'er, der er specielt designet til PV-systemer.

PV-systemer har høje DC-systemspændinger op til 1500 volt. Deres maksimale effektpunkt fungerer ved kun et par percentiler under systemets kortslutningsstrøm.

For at bestemme det korrekte SPD-modul til PV-systemet og dets installation skal du vide:

l Den lynende runde flash tæthed;

l Systemets driftstemperatur;

l Systemets spænding;

l Systemets kortslutningsstrømværdi;

l Det niveau af bølgeform, der skal beskyttes mod (indirekte eller direkte lyn);

l Den nominelle afladningsstrøm.

SPD-kravene for en installation, der er beskyttet af et eksternt lynbeskyttelsessystem (LPS), afhænger af den valgte klasse af LPS'en, og om adskillelsesafstanden mellem LPS'en og PV-installationen er isoleret eller ikke-isoleret. IEC 62305-3 beskriver separationsafstandskravene for en ekstern LPS.

For at have en beskyttende effekt bør en SPDs spændingsbeskyttelsesniveau (Op) være 20 % lavere end den dielektriske styrke af systemets terminaludstyr.

Det er vigtigt at bruge en SPD med en kortslutningsmodstandsstrøm, der er større end kortslutningsstrømmen i den solcellestreng, som SPD'en er tilsluttet. SPD'en, der leveres på DC-udgangen, skal have en DC MCOV lig med eller større end panelets maksimale solcellesystemspænding.

SPD'er til DC-siden af ​​fotovoltaiske systemer

PV-kilder har meget forskellige strøm- og spændingsegenskaber end traditionelle jævnstrømskilder: de har en ikke-lineær karakteristik og forårsager langvarig persistens af antændte lysbuer. Derfor kræver PV-strømkilder ikke kun større PV-afbrydere og PV-sikringer, men også en afbryder til overspændingsbeskyttelsesanordningen, som er tilpasset denne unikke natur og i stand til at klare PV-strømme.

SPD'er installeret på DC-siden skal altid være specielt designet til DC-applikationer. Brugen af ​​en SPD på den forkerte AC- eller DC-side er farlig under fejlforhold.

Installation

SPD'er bør altid installeres opstrøms for de enheder, de skal beskytte. NFPA 780 12.4.2.1 siger, at overspændingsbeskyttelse skal være tilvejebragt på solpanelets jævnstrømsudgang fra positiv til jord og negativ til jord, ved kombinerer- og rekombinerboksen til flere solpaneler og ved inverterens AC-udgang.

Den korrekte installation af en SPD er afhængig af tre værdier, som er:

l Maksimal kontinuerlig driftsspænding: Den spænding, som SPD'en vil aktivere.

l Spændingsbeskyttelsesniveau: Udstyrets overspændingskategori skal være højere end SPD'ens spændingsbeskyttelsesniveau.

l Nominel udladningsstrøm: Spidsværdien af ​​bølgeformen (8/20 μs for type 2 SPD'er), som SPD'en er i stand til at modstå efter gentagne overspændinger.

Sådan kombineres SPD'er med invertere

PV-farme består af meget følsomt udstyr, der har brug for ekspansiv beskyttelse. Fordi PV-farme skaber jævnstrøm (DC), er invertere (som er nødvendige for at konvertere denne effekt fra jævnstrøm til vekselstrøm) en væsentlig komponent til deres elektriske produktion. Desværre er invertere ikke kun meget modtagelige for lynnedslag, men de er utroligt dyre.

NFPA 780 12.4.2.3 kræver yderligere SPD'er ved DC-indgangen på inverteren, hvis systeminverteren er mere end 30 meter fra den nærmeste combiner eller recombinerboks.

Installer SPD mellem sikringerne og inverteren, hvis der er strengbeskyttere (såsom sikringer, DC-afbrydere eller strengdioder)

For at tilslutte en SPD, når der er en inverter med integreret sikringsboks, skal du sikre dig, at de interne sikringer er forbigået, og at de eksterne strengsikringer er tilsluttet.

String-invertere bør installeres så tæt på strengene som muligt. SPD-kabler, der forbindes til L+/L- netværket, og mellem SPD’ens klemrække og jordskinne, skal være mindre end 2,5 meter. Jo kortere tilslutningskablerne er, jo mere effektiv og omkostningseffektiv vil beskyttelsen være.

For invertere med kun én MPP-tracker skal du kombinere strengen før inverteren og forbinde dem til SPD'en ved sammenkoblingspunktet.

SPD-kombinationer bør planlægges for hver indgang, når inverteren har flere MPP-trackere. Der skal bruges en SPD for hver indgang, der er fusioneret med en strengdiode.

Referencer

[1] Lynbeskyttelsesvejledning, DIN EN Standard 62305 – 3, 2014.

[2] Standard for overspændingsbeskyttelsesanordninger, UL 1449, 2014.

[3] Lavspændingsoverspændingsbeskyttelsesanordninger - Del 32: Overspændingsbeskyttelsesanordninger forbundet til jævnstrømsforsyningen. side af fotovoltaiske installationer – Udvælgelses- og anvendelsesprincipper, IEC Standard 61643-32, 2 017.