Комплексное руководство по выбору устройств защиты от перенапряжения солнечной энергии (Solar SPD)

Защита от перенапряжения — это не просто мера предосторожности — это важная часть хорошо спроектированной солнечной фотоэлектрической (PV) системы. С ростом внедрения солнечной энергии во всем мире защита этих ценных систем от электрических переходных процессов становится более важной, чем когда-либо. В этом руководстве вы узнаете все, что вам нужно знать об устройствах защиты от солнечных перенапряжений (солнечных УЗИП): что это такое, почему они важны и как выбрать подходящее устройство для вашей системы.

1. Что такое устройства защиты от перенапряжения солнечной энергии (солнечные УЗИП)?

Устройство защиты от перенапряжения солнечной энергии (Solar SPD) — это защитный электрический компонент, предназначенный для отвода или поглощения кратковременных перенапряжений, таких как удары молнии или коммутационные операции, прежде чем они смогут повредить чувствительное солнечное оборудование. Эти устройства устанавливаются в ключевых местах солнечной фотоэлектрической системы, в том числе в распределительной коробке постоянного тока, фотоэлектрическом инверторе и распределительной панели переменного тока.

Солнечные УЗИП классифицируются по форме сигнала, разрядной способности и месту установки. Для защиты от перенапряжения в них обычно используются такие компоненты, как металлооксидные варисторы (MOV), газоразрядные трубки (GDT) и диоды подавления переходного напряжения (TVS).

2. Зачем вам нужны устройства защиты от перенапряжения солнечной энергии?

Скачки представляют значительную угрозу для солнечных систем. Вот почему защита от перенапряжения является обязательной:

Риски грозового и коммутационного перенапряжения

• Прямые удары молнии могут подавать импульсы высокой энергии (форма волны 10/350 мкс) непосредственно в фотоэлектрические массивы, вызывая катастрофические повреждения.
• Непрямая молния или электромагнитная связь (форма сигнала 8/20 мкс) распространяет скачки напряжения по длинным кабелям, повреждая инверторы, контроллеры и системы мониторинга.
• Операции по переключению сети вызывают переходные напряжения в батареях конденсаторов или сброс нагрузки, которые отражаются на соединении переменного тока.

Повышение надежности и продление срока службы оборудования

• Скачки напряжения вызывают нагрузку на внутренние компоненты, даже если не происходит немедленного отказа.
• Повторяющиеся переходные процессы ухудшают изоляцию и уменьшают среднее время наработки на отказ (MTBF).
• Использование правильного СПД постоянного тока для солнечной энергии обеспечивает защиту от фотоэлектрических перенапряжений, которая поддерживает работоспособность и эффективность систем в течение многих лет.

Повышение электробезопасности

• Перенапряжения могут вызвать дуговые замыкания, пробой изоляции и даже пожар.
• Высококачественное устройство защиты от перенапряжения солнечной энергии ограничивает перенапряжение до уровня ниже выдерживаемой мощности подключенных устройств.

Соответствие стандартам

• UL 1449, IEC 61643-31 и IEC 62109 определяют классификацию УЗИП, требования к испытаниям и установке для фотоэлектрических систем.
• NEC 690.7(C) и NFPA 780 требуют использования УЗИП для фотоэлектрических систем, особенно на открытых площадках.

Интеграция LPZ (молниезащитных зон)

• Концепция зоны молниезащиты (LPZ) помогает определить, где и какой тип УЗИП следует установить.
• УЗИП типа 1 предназначены для защиты границ (LPZ 0–LPZ 1), а типы 2 и 3 охватывают внутренние зоны.

Чтобы получить более широкий взгляд на то, как защита от перенапряжения защищает фотоэлектрические системы от гроз и помех в сети, ознакомьтесь с нашим основным руководством:
👉 Защита от перенапряжения для солнечных фотоэлектрических систем.

3. Как выбрать правильный солнечный SPD

Этот раздел является основой вашего процесса принятия решений. Давайте разберем наиболее важные критерии, которые должны учитывать инженеры и специалисты по закупкам.

3.1 Как согласовать УЗИП с вашей фотоэлектрической системой

3.1.1 Уровень напряжения (Ucpv)

Ваше устройство защиты от перенапряжения солнечной энергии должно быть рассчитано на максимальное напряжение системы. Всегда:

• Установите MCOV (максимальное непрерывное рабочее напряжение) так, чтобы оно как минимум на 10% превышало системное Voc (напряжение разомкнутой цепи).
• Например, в фотоэлектрической системе с напряжением 1000 В выберите УЗИП с номиналом 1100 В или выше, чтобы обеспечить необходимый запас мощности и долгосрочную стабильность.
• Используйте УЗИП постоянного тока для солнечной энергии на стороне постоянного тока и УЗИП переменного тока для подключения к сети.

3.1.2 Структура системы

Для разных системных архитектур требуются разные конфигурации SPD:

• Струнные инверторы: УЗИП рядом с инвертором, вход постоянного тока и выход переменного тока.
• Центральные инверторы: используйте УЗИП типа 1 рядом с главным разъединителем.
• Несколько MPPT: для каждого трекера может потребоваться выделенный Тип 2 СПД.
• Плавающие или незаземленные фотоэлектрические системы: УЗИП Y-образной конфигурации или симметричная защита от + и – к земле.

3.2 Ключевые параметры производительности УЗИП для оценки

Убедитесь, что эти параметры соответствуют плотности удара молнии вашей установки, уровню тока повреждения и прочности изоляции системы.

3.3 Объяснение типов УЗИП (тип 1, 2, 3, 1+2)

Не знаете, чем типы 1, 2 и 3 отличаются по функциональности, форме сигнала и вариантам использования? Мы рассмотрели Ключевые различия между устройствами защиты от перенапряжения типа 1, типа 2 и типа 3 в подробном сравнительном блоге, который поможет вам сделать правильный выбор.

Используйте устройства защиты от солнечных перенапряжений типа 1, если фотоэлектрическая система подключена к внешней системе молниезащиты (LPS) с недостаточным расстоянием разделения (согласно IEC 62305-3).

3.4 Как обеспечить безопасность SPD и долговечность продукции

• Выбирайте УЗИП со встроенными терморазъединителями и визуальными индикаторами неисправностей для мониторинга состояния в режиме реального времени.
• Убедитесь, что номинальная устойчивость к короткому замыканию превышает Isc системы (ток короткого замыкания).
• Если УЗИП не имеет внутренней защиты от перегрузки по току, всегда последовательно устанавливайте внешний предохранитель или автоматический выключатель.
• Никогда не используйте УЗИП переменного тока на стороне постоянного тока солнечной фотоэлектрической системы — это может привести к неконтролируемому искрению, выходу из строя компонентов или даже возгоранию из-за непрерывного характера постоянного тока.

Понимание разницы между защитой от перенапряжений переменного и постоянного тока необходимо, чтобы избежать подобных ошибок. Изучите фундаментальные различия между УЗИП переменного и постоянного тока и узнайте, как выбрать подходящий для вашей системы..

3.5 Соответствие и тестирование

Ищите эти отметки и характеристики:

• UL 1449, 5-е издание (Северная Америка)
• МЭК 61643-31 (PV DC SPD)
• МЭК 61643-11 (УЗП переменного тока)
• МЭК 62109-1/2 (Защита УЗИП, встроенная в инвертор)
• Сторонняя сертификация: TÜV, CE, Intertek, ETL.

3.6 Установка и ремонтопригодность

• Установите УЗИП перед защищаемым устройством (между панелью и инвертором).
• Следуйте правилу 10 м, установите УЗИП на обоих концах.
• Длина кабеля должна быть небольшой (в идеале <0,5 м), минимизировать площадь шлейфа.
• Четко промаркируйте все УЗИП и используйте индикаторы состояния или модули мониторинга.

3.7 Среда применения

• На открытом воздухе? Используйте УЗИП с корпусами NEMA 4X/IP65+.
• Суровый климат? Ищите устойчивость к ультрафиолетовому излучению и высокую температуру.
• Учитывайте характеристики УЗИП в диапазоне от –40°C до +85°C.

3.8 Соображения стоимости

• Баланс затрат и защиты — не стоит недостаточно защищать инвертор $10 000, чтобы сэкономить $30.
• Учитывайте стоимость жизненного цикла: дешевый УЗИП, который выйдет из строя через 2 года, будет стоить дороже во время простоя.
• Сравните цикл замены устройства защиты от перенапряжения солнечной энергии, гарантийный срок и доступность.

3.9 Распространенные ошибки выбора, которых следует избегать

• Использование типа 2 там, где требуется тип 1.
• Выбор УЗИП переменного тока для цепей постоянного тока
• Игнорирование плотности вспышки и формы волны
• Нет защиты на стороне переменного тока системы
• Нет координации с LPS (системой молниезащиты)
• Нет визуального индикатора или системы мониторинга.

4. Заключение

Выбор подходящего устройства защиты от перенапряжения солнечной энергии — это не просто задача, требующая проверки, это стратегический шаг для защиты ваших инвестиций в фотоэлектрическую энергетику, обеспечения надежной выдачи энергии и соблюдения стандартов безопасности.

Понимая типы устройств защиты от перенапряжения солнечной энергии, показатели производительности, совместимость систем и экологические аспекты, технические инженеры и специалисты по закупкам могут создавать надежные фотоэлектрические системы, которые выдержат испытание временем, молнией и всем остальным.

Не оставляйте свою систему уязвимой. Выберите правильный солнечный SPD с соответствующими сертификатами и характеристиками — и вы обретете душевное спокойствие, долгосрочную экономию и бесперебойное питание.