태양광 시스템용 서지 보호

간접적인 낙뢰는 파괴적입니다. 번개 활동에 대한 일화적 관찰은 일반적으로 PV 어레이의 번개로 인한 과전압 수준을 나타내는 잘못된 지표입니다. 간접 낙뢰는 PV 장비 내의 민감한 구성 요소를 쉽게 손상시킬 수 있으며, 이는 손상된 구성 요소를 수리하거나 교체하는 데 많은 비용이 들고 PV 시스템의 신뢰성에 영향을 미치는 경우가 많습니다. 과전압은 각 PV 시스템의 설정 조건과 배선에 따라 다릅니다.

PV 시스템은 일반적으로 들판이나 건물 꼭대기 등 넓은 개방 공간에 노출됩니다. 그러한 열린 들판 위에 쌓이는 전하를 띤 비구름은 번개의 형태로 전하를 방출하는 경향이 있습니다. 이런 일이 발생하면 전압 서지가 발생할 가능성이 높습니다. 필드가 더 광범위할수록 파괴가 발생할 가능성이 더 높습니다.

PV 시스템이 산업 현장에 위치하면 비즈니스 운영과 장비도 위험에 처하게 됩니다. 인버터는 가격이 비싸지만 산업용 애플리케이션의 경우 가동 중지 시간으로 인한 고장으로 인해 훨씬 ​​더 큰 비용이 발생합니다.

번개가 태양광 PV 시스템에 떨어지면 태양광 PV 시스템 와이어 루프 내에 과도 전류 및 전압이 유도됩니다. 이러한 과도 전류 및 전압은 장비 단자에 나타나며 PV 패널, 인버터, 제어 및 통신 장비와 같은 태양광 PV 전기 및 전자 구성 요소는 물론 건물 설치 장치 내에서 절연 및 유전 장애를 일으킬 가능성이 있습니다. 어레이 박스, 인버터 및 MPPT(최대 전력포인트 추적기) 장치는 실패 지점이 가장 높습니다.

높은 에너지가 전자 장치를 통과하여 PV 시스템에 고전압 손상을 일으키는 것을 방지하려면 전압 서지가 접지 경로를 가져야 합니다. 이를 위해서는 모든 전도성 표면을 직접 접지해야 하며 시스템에 들어오고 나가는 모든 배선(예: 이더넷 케이블 및 AC 주전원)을 SPD를 통해 접지에 연결해야 합니다.

어레이 박스, 재결합기 박스 및 DC 차단기 내의 각 스트링 그룹에는 서지 보호 장치가 필요합니다.

PV 시스템용 서지 보호 장치 선택 및 설치

PV 시스템에는 고유한 특성이 있으므로 PV 시스템용으로 특별히 설계된 SPD를 사용해야 합니다.

PV 시스템은 최대 1500V의 높은 DC 시스템 전압을 갖습니다. 최대 전력 지점은 시스템의 단락 전류보다 몇 백분위수에서만 작동합니다.

PV 시스템 및 해당 설치에 적합한 SPD 모듈을 결정하려면 다음 사항을 알아야 합니다.

l 번개 모양의 플래시 밀도;

l 시스템의 작동 온도;

l 시스템의 전압;

l 시스템의 단락 전류 등급;

l (간접 또는 직접 번개)로부터 보호해야 할 파형 수준;

엘 공칭 방전 전류.

외부 낙뢰 보호 시스템(LPS)으로 보호되는 설비에 대한 SPD 요구 사항은 선택한 LPS 등급과 LPS와 PV 설비 사이의 분리 거리가 절연인지 비격리인지 여부에 따라 달라집니다. IEC 62305-3에는 외부 LPS에 대한 이격 거리 요구 사항이 자세히 설명되어 있습니다.

보호 효과를 가지려면 SPD의 전압 보호 수준(Up)이 시스템 단말 장비의 절연 내력보다 20% 낮아야 합니다.

SPD가 연결된 태양광 어레이 스트링의 단락 전류보다 단락 내전류가 큰 SPD를 사용하는 것이 중요합니다. dc 출력에 제공되는 SPD는 패널의 최대 광발전 시스템 전압보다 크거나 같은 dc MCOV를 가져야 합니다.

태양광 발전 시스템의 Dc 측용 SPD

PV 소스는 기존 DC 소스와 매우 다른 전류 및 전압 특성을 가지고 있습니다. 즉, 비선형 특성을 가지며 점화된 아크가 장기간 지속됩니다. 따라서 PV 전류원에는 더 큰 PV 스위치와 PV 퓨즈가 필요할 뿐만 아니라 이러한 고유한 특성에 적응하고 PV 전류에 대처할 수 있는 서지 보호 장치용 단로기도 필요합니다.

DC 측에 설치된 SPD는 항상 DC 애플리케이션용으로 특별히 설계되어야 합니다. 잘못된 AC 또는 DC 측에서 SPD를 사용하는 것은 오류 상황에서 위험합니다.

설치

SPD는 항상 보호하려는 장치의 업스트림에 설치되어야 합니다. NFPA 780 12.4.2.1에는 태양광 패널의 DC 출력에서 ​​양극에서 접지로, 음극에서 접지로, 여러 태양광 패널의 결합기 및 재결합기 박스, 인버터의 AC 출력에서 ​​서지 보호가 제공되어야 한다고 명시되어 있습니다.

SPD의 올바른 설치는 다음 세 가지 값에 따라 달라집니다.

l 최대 연속 작동 전압: SPD가 활성화되는 전압입니다.

l 전압 보호 수준: 장비의 과전압 범주는 SPD의 전압 보호 수준보다 높아야 합니다.

l 공칭 방전 전류: 반복적인 서지 이후 SPD가 견딜 수 있는 파형의 피크 값(타입 2 SPD의 경우 8/20μs)입니다.

SPD를 인버터와 결합하는 방법

PV 발전소는 광범위한 보호가 필요한 매우 민감한 장비로 구성됩니다. PV 발전소는 직류(DC) 전력을 생성하기 때문에 인버터(이 전력을 DC에서 AC로 변환하는 데 필요함)는 전기 생산에 필수적인 구성 요소입니다. 불행하게도 인버터는 낙뢰에 매우 취약할 뿐만 아니라 가격도 엄청나게 비쌉니다.

NFPA 780 12.4.2.3은 시스템 인버터가 가장 가까운 결합기 또는 재결합기 박스에서 30미터 이상 떨어져 있는 경우 인버터의 dc 입력에 추가 SPD를 요구합니다.

스트링 보호기(예: 퓨즈, DC 차단기 또는 스트링 다이오드)가 있는 경우 퓨즈와 인버터 사이에 SPD를 설치합니다.

퓨즈 박스가 통합된 인버터가 있는 경우 SPD를 연결하려면 내부 퓨즈가 바이패스되고 외부 스트링 퓨즈가 연결되어 있는지 확인하십시오.

스트링 인버터는 스트링에 최대한 가깝게 설치해야 합니다. L+/L- 네트워크에 연결하고 SPD의 터미널 블록과 접지 버스바 사이를 연결하는 SPD 케이블은 2.5미터 미만이어야 합니다. 연결 케이블이 짧을수록 보호가 더 효율적이고 비용 효율적입니다.

MPP 추적기가 하나만 있는 인버터의 경우 인버터 앞에 스트링을 결합하고 상호 연결 지점에서 SPD에 연결합니다.

인버터에 MPP 추적기가 여러 개 있는 경우 각 입력에 대해 SPD 조합을 계획해야 합니다. 스트링 다이오드와 융합된 각 입력에는 SPD를 사용해야 합니다.

참조

[1] 낙뢰 보호 지침, DIN EN 표준 62305 – 3, 2014.

[2] 서지 보호 장치 표준, UL 1449, 2014.

[3] 저전압 서지 보호 장치 – 파트 32: d.c.에 연결된 서지 보호 장치 태양광 발전 설치 측면 – 선택 및 적용 원칙, IEC 표준 61643-32, 2 017.