Ylijännitesuoja aurinkosähköjärjestelmille

Epäsuorat salamaniskut ovat tuhoisia. Anekdoottiset havainnot salaman toiminnasta ovat yleensä huono indikaattori salaman aiheuttaman ylijännitteen tasosta PV-ryhmissä. Epäsuorat salamaniskut voivat helposti vahingoittaa aurinkosähkölaitteiden herkkiä komponentteja, joiden korjaaminen tai vaihtaminen maksaa usein korkeat kustannukset ja vaikuttaa aurinkosähköjärjestelmän luotettavuuteen. Ylijännite riippuu kunkin aurinkosähköjärjestelmän ja johdotuksen asetusolosuhteista.

PV-järjestelmät ovat esillä suurissa avoimissa tiloissa, tyypillisesti pelloilla tai rakennusten katoilla. Varautuneilla sadepilvillä, jotka kerääntyvät tällaisten avoimien kenttien päälle, on taipumus vapauttaa varaus salaman muodossa. Kun näin tapahtuu, on todennäköistä, että esiintyy jännitepiikkiä. Mitä laajempi kenttä on, sitä todennäköisemmin tuhoa tapahtuu.

Kun aurinkosähköjärjestelmä sijaitsee teollisuusalueella, myös liiketoiminta ja laitteet ovat vaarassa. Invertterit ovat kalliita, mutta teollisissa sovelluksissa vielä kalliimpi vika on seisokkien hinta.

Kun salama iskee aurinkosähköjärjestelmään, se aiheuttaa indusoituneen transienttivirran ja jännitteen aurinkosähköjärjestelmän johtosilmukoissa. Nämä ohimenevät virrat ja jännitteet ilmaantuvat laitteiden liittimiin ja aiheuttavat todennäköisesti eristys- ja dielektrisiä vikoja aurinkosähkön sähkö- ja elektroniikkakomponenteissa, kuten aurinkopaneeleissa, invertterissä, ohjaus- ja viestintälaitteissa sekä rakennuksen laitteistoissa. Ryhmälaatikko, invertteri ja MPPT (maksimitehopoint tracker) -laitteella on korkeimmat vikakohdat.

Jotta korkea energia ei pääsisi elektroniikan läpi ja aiheuttaisi korkeajännitteisiä vaurioita PV-järjestelmään, jännitepiikeillä on oltava reitti maahan. Tätä varten kaikki johtavat pinnat on maadoitettava suoraan ja kaikki järjestelmään tulevat ja sieltä lähtevät johdot (kuten Ethernet-kaapelit ja verkkovirta) on kytkettävä maahan SPD:n kautta.

Ylijännitesuojauslaite tarvitaan jokaista merkkijonoryhmää varten matriisilaatikossa, rekombinaattorilaatikossa sekä tasavirtakatkaisussa.

Ylijännitesuojalaitteiden valinta ja asennus aurinkosähköjärjestelmiin

PV-järjestelmillä on ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka edellyttävät siksi erityisesti aurinkosähköjärjestelmille suunniteltujen SPD-laitteiden käyttöä.

PV-järjestelmissä on korkeat tasavirtajärjestelmäjännitteet jopa 1500 volttiin. Niiden maksimitehopiste toimii vain muutaman prosenttipisteen järjestelmän oikosulkuvirran alapuolella.

Jotta voit määrittää oikean SPD-moduulin PV-järjestelmään ja sen asennukseen, sinun on tiedettävä:

l Salaman pyöreän salaman tiheys;

l Järjestelmän käyttölämpötila;

l Järjestelmän jännite;

l Järjestelmän oikosulkuvirtaluokitus;

l Aaltomuodon taso, jolta suojataan (epäsuora tai suora salama);

l Nimellinen purkausvirta.

Ulkoisella ukkossuojajärjestelmällä (LPS) suojatun asennuksen SPD-vaatimukset riippuvat valitusta LPS-luokasta ja siitä, onko LPS:n ja aurinkosähköasennuksen välinen etäisyys eristetty vai eristämätön. IEC 62305-3 määrittelee ulkoisen LPS:n etäisyysvaatimukset.

Suojaavan vaikutuksen aikaansaamiseksi SPD:n jännitesuojaustason (Up) tulee olla 20 % pienempi kuin järjestelmän päätelaitteen dielektrinen lujuus.

On tärkeää käyttää SPD:tä, jonka oikosulkukestovirta on suurempi kuin sen aurinkopaneelin oikosulkuvirta, johon SPD on kytketty. Tasavirtaulostulossa olevan SPD:n DC MCOV:n on oltava yhtä suuri tai suurempi kuin paneelin aurinkosähköjärjestelmän suurin jännite.

SPD:t aurinkosähköjärjestelmien tasavirtapuolelle

PV-lähteillä on hyvin erilaiset virta- ja jänniteominaisuudet kuin perinteisillä tasavirtalähteillä: niillä on epälineaarinen ominaisuus ja ne aiheuttavat syttyvien valokaarien pitkäaikaisen säilymisen. Siksi aurinkosähkövirtalähteet eivät vaadi vain suurempia PV-kytkimiä ja PV-sulakkeita, vaan myös ylijännitesuojalaitteen erottimen, joka on mukautettu tähän ainutlaatuiseen luonteeseen ja joka pystyy selviytymään PV-virroista.

Tasavirtapuolelle asennettujen SPD:iden tulee aina olla erityisesti suunniteltuja tasavirtasovelluksiin. SPD:n käyttö väärällä vaihto- tai tasavirtapuolella on vaarallista vikatilanteissa.

Asennus

SPD:t tulee aina asentaa ennen niitä laitteita, joita ne aikovat suojata. NFPA 780 12.4.2.1 sanoo, että ylijännitesuojaus on järjestettävä aurinkopaneelin tasavirtalähdössä positiivisesta maahan ja negatiivisesta maahan, useiden aurinkopaneelien yhdistäjässä ja rekombinaattorikotelossa sekä invertterin vaihtovirtalähdössä.

SPD:n oikea asennus perustuu kolmeen arvoon, jotka ovat:

l Suurin jatkuva käyttöjännite: jännite, jonka SPD aktivoi.

l Jännitesuojaustaso: Laitteen ylijänniteluokan on oltava korkeampi kuin SPD:n jännitesuojaustaso.

l Nimellinen purkausvirta: Aaltomuodon huippuarvo (8/20 μs tyypin 2 SPD:ille), jonka SPD pystyy kestämään toistuvien jännitteiden jälkeen.

Kuinka yhdistää SPD:t inverttereihin

PV-tilat koostuvat erittäin herkistä laitteista, jotka tarvitsevat laajaa suojaa. Koska aurinkosähkötilat tuottavat tasavirtaa (dc), invertterit (jotka ovat tarpeen tämän tehon muuntamiseksi tasavirrasta vaihtovirtaan) ovat olennainen osa niiden sähköntuotannossa. Valitettavasti invertterit eivät ole vain erittäin herkkiä salamaniskuille, vaan ne ovat uskomattoman kalliita.

NFPA 780 12.4.2.3 vaatii ylimääräisiä SPD:itä taajuusmuuttajan tasavirtatuloon, jos järjestelmän invertteri on yli 30 metrin päässä lähimmästä yhdistäjä- tai rekombinaattorikotelosta.

Asenna SPD sulakkeiden ja invertterin väliin, jos niissä on merkkijonosuojat (kuten sulakkeet, tasavirtakatkaisijat tai merkkijonodiodit)

Kytkeäksesi SPD:n, kun vaihtosuuntaajassa on integroitu sulakekotelo, varmista, että sisäiset sulakkeet on ohitettu ja että ulkoiset sulakkeet on kytketty.

Kieliinvertterit tulee asentaa mahdollisimman lähelle jonoja. L+/L- verkkoon sekä SPD:n riviliittimen ja maadoituskiskon välisten SPD-kaapeleiden on oltava alle 2,5 metriä. Mitä lyhyemmät liitäntäkaapelit ovat, sitä tehokkaampi ja kustannustehokkaampi suoja on.

Jos taajuusmuuttaja on vain yksi MPP-seurantalaite, yhdistä merkkijono ennen invertteriä ja liitä ne SPD:hen liitäntäkohdassa.

SPD-yhdistelmät tulee suunnitella jokaiselle tulolle, kun invertterissä on useita MPP-seurantalaitteita. SPD:tä on käytettävä jokaisessa merkkijonodiodilla sulatetussa sisääntulossa.

Viitteet

[1] Ukkossuojausopas, DIN EN -standardi 62305 – 3, 2014.

[2] Standard for Surge Protective Devices, UL 1449, 2014.

[3] Pienjännitteiset ylijännitesuojat – Osa 32: Tasavirtaan kytketyt ylijännitesuojalaitteet. aurinkosähkölaitteistojen puoli – Valinta- ja käyttöperiaatteet, IEC-standardi 61643-32, 2 017.