Ochrona przeciwprzepięciowa dla systemów fotowoltaicznych

Dlaczego urządzenia przeciwprzepięciowe są niezbędne w systemach fotowoltaicznych

Odległe lokalizacje, rozległe układy i odsłonięte powierzchnie elektrowni fotowoltaicznych (PV) sprawiają, że są one bardzo podatne na zagrożenia środowiskowe, zwłaszcza burze z wyładowaniami elektrycznymi. Jednym z największych zagrożeń są szkody spowodowane bezpośrednimi lub pośrednimi uderzeniami piorunów, które mogą prowadzić do wydłużonych przestojów systemu, awarii falownika i poważnych strat w przychodach.

Aby złagodzić to ryzyko, ważne jest zainstalowanie urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD) dla systemów fotowoltaicznych w strategicznych punktach, w tym w inwerterze fotowoltaicznym i skrzynkach przyłączeniowych układu. Te rozwiązania ochrony przed przepięciami słonecznymi działają jako pierwsza linia obrony, zapobiegając niszczycielskim przepięciom, które mogłyby uszkodzić wrażliwy sprzęt.

Jak wybrać i zainstalować odpowiednie urządzenia przeciwprzepięciowe w instalacjach fotowoltaicznych

Systemy fotowoltaiczne działają w specyficznych warunkach, które wymagają urządzeń przeciwprzepięciowych PV zaprojektowanych specjalnie do zastosowań związanych z wysokim napięciem prądu stałego – często do 1500 V. W przeciwieństwie do systemów prądu przemiennego, środowisko prądu stałego w panelach słonecznych ma charakter ciągły i stwarza wyjątkowe wyzwania.

Aby wybrać właściwy SPD dla swojego systemu fotowoltaicznego, należy wziąć pod uwagę następujące krytyczne czynniki:

• Gęstość wyładowań atmosferycznych w obszarze instalacji

• Zakres temperatur pracy systemu

• Napięcie znamionowe systemu DC (często do 1500 V)

• Prąd zwarciowy (Isc) układu fotowoltaicznego

• Rodzaj narażenia na przepięcie (przejściowe, bezpośrednie lub pośrednie pioruny)

• Wymagany znamionowy prąd wyładowczy (In) i stopień ochrony (np. typ 1+2 SPD)

Aby zapewnić skuteczną ochronę, poziom ochrony napięciowej (Up) wybranego SPD musi być co najmniej o 20% niższy niż wytrzymałość dielektryczna podłączonego sprzętu, takiego jak falownik lub skrzynka połączeniowa.

Wdrożenie odpowiedniej ochrony odgromowej w fotowoltaice to nie tylko środek bezpieczeństwa — jest niezbędny do utrzymania czasu pracy systemu, wydłużenia żywotności sprzętu i ochrony inwestycji w energię odnawialną.

Ważne jest, aby używać SPD o prądzie zwarciowym wytrzymywanym większym niż prąd zwarciowy ciągu modułów fotowoltaicznych, do którego podłączony jest SPD. SPD dostarczony na wyjściu prądu stałego musi mieć wartość MCOV prądu stałego równą lub większą niż maksymalne napięcie systemu fotowoltaicznego panelu.

Kiedy piorun uderzy w punkt A (patrz rysunek 1), panel fotowoltaiczny i falownik prawdopodobnie ulegną uszkodzeniu. Jeśli piorun uderzy w punkt B, uszkodzony zostanie tylko falownik. Jednakże falownik jest zazwyczaj najdroższym elementem systemu fotowoltaicznego, dlatego tak istotny jest właściwy dobór i instalacja prawidłowego SPD zarówno na liniach prądu przemiennego, jak i stałego. Im bliżej uderzenia jest falownik, tym bardziej uszkodzony będzie falownik.

Urządzenia SPD po stronie DC i AC do skrzynek połączeniowych i falowników

Urządzenia przeciwprzepięciowe instaluje się po stronie DC i AC falowników centralnych i szeregowych, w skrzynkach połączeniowych oraz w celu ochrony linii sygnałowych (pomiarowych i komunikacyjnych). W zależności od narażenia atmosferycznego instalacji fotowoltaicznej na wyładowania atmosferyczne, wykonawcy i projektanci zajmujący się inżynierią, zaopatrzeniem i budową (EPC) mogą zalecić standardowe ograniczniki SPD IEC typu 2 (uderzenie pośrednie 8/20 μs) lub bardziej wytrzymałe SPD typu 1+2 (przetestowane pod kątem wytrzymywania bezpośrednich uderzeń pioruna w kształcie fali 10/350 μs).

Zabezpieczenie strony DC w skrzynkach przyłączeniowych i falownikach ma zazwyczaj konfigurację z połączeniem Y na szynie DIN, aby zapewnić ochronę w trybie wspólnym i różnicowym.

Po stronie prądu przemiennego wymagane jest również zabezpieczenie przepięciowe falownika. Niezależnie od tego, czy chodzi o sam falownik, czy o skrzynkę przyłączeniową prądu przemiennego, narażenie na przepięcia jest zwykle rozwiązywane poprzez zastosowanie standardowych przepięć typu 2 na szynę DIN w konfiguracjach TN S, IT lub nawet TT.

Co więcej, w zależności od instalacji fotowoltaicznej, wykonawcy i projektanci EPC mogą w niektórych przypadkach preferować typ 1+2 AC, aby uzyskać dłuższą żywotność SPD, a nawet ochronę w trudniejszych warunkach pod względem spodziewanego bezpośredniego uderzenia pioruna. Będzie to zazwyczaj miało miejsce na obszarach o bardzo wysokim poziomie izocerauniki, często związanym z dużymi wysokościami.