การป้องกันไฟกระชากสำหรับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ฟ้าผ่าทางอ้อมเป็นอันตราย การสังเกตโดยสรุปเกี่ยวกับกิจกรรมของฟ้าผ่ามักเป็นตัวบ่งชี้ระดับแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากฟ้าผ่าในอาร์เรย์ PV ได้ไม่ดี ฟ้าผ่าทางอ้อมสามารถสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบที่มีความละเอียดอ่อนภายในอุปกรณ์ PV ซึ่งมักจะมีค่าใช้จ่ายสูงในการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนส่วนประกอบที่เสียหาย และส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของระบบ PV แรงดันไฟฟ้าเกินขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการตั้งค่าของระบบ PV แต่ละระบบและสายไฟ.

ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ถูกเปิดเผยในพื้นที่เปิดโล่งขนาดใหญ่ โดยทั่วไปในทุ่งนาหรือบนยอดอาคาร เมฆฝนที่มีประจุซึ่งสะสมอยู่เหนือทุ่งโล่งดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะปล่อยประจุออกมาในรูปของฟ้าผ่า เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น แรงดันไฟกระชากก็มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้น ยิ่งพื้นที่กว้างมากเท่าไร โอกาสที่จะถูกทำลายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น.

เมื่อระบบ PV ตั้งอยู่ในพื้นที่อุตสาหกรรม การดำเนินธุรกิจและอุปกรณ์ก็ตกอยู่ในอันตรายเช่นกัน อินเวอร์เตอร์มีราคาแพง แต่สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม ความล้มเหลวที่มีราคาแพงกว่านั้นก็คือต้นทุนของการหยุดทำงาน.

เมื่อฟ้าผ่ากระทบระบบ PV แสงอาทิตย์ จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าชั่วคราวและแรงดันไฟฟ้าภายในวงลวดของระบบ PV แสงอาทิตย์ กระแสและแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวเหล่านี้จะปรากฏขึ้นที่เทอร์มินัลอุปกรณ์ และอาจเป็นสาเหตุให้เกิดความล้มเหลวของฉนวนและไดอิเล็กตริกภายในส่วนประกอบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ของพลังงานแสงอาทิตย์ PV เช่น แผง PV อินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์ควบคุมและการสื่อสาร รวมถึงอุปกรณ์ในการติดตั้งในอาคาร กล่องอาเรย์ อินเวอร์เตอร์ และ MPPT (กำลังสูงสุดpoint tracker) มีจุดเสียสูงสุด.

เพื่อป้องกันไม่ให้พลังงานสูงผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และทำให้ไฟฟ้าแรงสูงเสียหายต่อระบบ PV แรงดันไฟกระชากต้องมีเส้นทางลงกราวด์ ในการดำเนินการนี้ พื้นผิวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทั้งหมดควรต่อสายดินโดยตรง และสายไฟทั้งหมดที่เข้าและออกจากระบบ (เช่น สายอีเทอร์เน็ตและแหล่งจ่ายไฟหลัก ac) ต้องต่อเข้ากับกราวด์ผ่าน SPD.

จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับกลุ่มสตริงแต่ละกลุ่มภายในกล่องอาเรย์ กล่องรีคอมไบเนอร์ รวมถึงการปลดการเชื่อมต่อกระแสตรง.

การเลือกและติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับระบบ PV

ระบบ PV มีลักษณะพิเศษเฉพาะ ซึ่งจำเป็นต้องใช้ SPD ที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบ PV.

ระบบ PV มีแรงดันไฟฟ้าของระบบ dc สูงถึง 1,500 โวลต์ จุดกำลังสูงสุดทำงานที่ต่ำกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรของระบบเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้น.

ในการพิจารณาโมดูล SPD ที่เหมาะสมสำหรับระบบ PV และการติดตั้ง คุณต้องทราบ:

l ความหนาแน่นของแฟลชรอบฟ้าผ่า;

l อุณหภูมิการทำงานของระบบ;

l แรงดันไฟฟ้าของระบบ;

พิกัดกระแสลัดวงจรของระบบ;

ระดับของรูปคลื่นที่จะป้องกัน (ฟ้าผ่าทางอ้อมหรือโดยตรง);

l กระแสไฟฟ้าที่ระบุ.

ข้อกำหนด SPD สำหรับการติดตั้งที่ได้รับการป้องกันโดยระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (LPS) ขึ้นอยู่กับประเภทที่เลือกของ LPS และระยะห่างระหว่าง LPS และการติดตั้ง PV นั้นแยกกันหรือไม่แยกกัน IEC 62305-3 ให้รายละเอียดข้อกำหนดระยะการแยกสำหรับ LPS ภายนอก.

เพื่อให้มีผลในการป้องกัน ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าของ SPD (สูงสุด) ควรอยู่ที่ 20 % ต่ำกว่าความเป็นฉนวนของอุปกรณ์ปลายทางของระบบ.

สิ่งสำคัญคือต้องใช้ SPD ที่มีการลัดวงจรที่ทนต่อกระแสไฟฟ้าได้มากกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรของชุดแผงโซลาร์เซลล์ที่ SPD เชื่อมต่ออยู่ SPD ที่ให้ไว้ในเอาต์พุต dc ต้องมี dc MCOV เท่ากับหรือมากกว่าแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สูงสุดของแผง.

SPD สำหรับด้าน Dc ของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

แหล่งกำเนิด PV มีคุณลักษณะกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันมากจากแหล่งจ่ายกระแสตรงแบบเดิม: มีลักษณะไม่เป็นเชิงเส้นและทำให้เกิดการคงอยู่ของส่วนโค้งที่ติดไฟในระยะยาว ดังนั้น แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า PV ไม่เพียงต้องการสวิตช์ PV และฟิวส์ PV ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ตัวตัดการเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ซึ่งปรับให้เข้ากับลักษณะเฉพาะนี้และสามารถรับมือกับกระแส PV ได้.

SPD ที่ติดตั้งบนฝั่ง dc ต้องได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการใช้งาน dc เสมอ การใช้ SPD บนด้าน ac หรือ dc ที่ไม่ถูกต้องอาจเป็นอันตรายต่อสภาวะความผิดปกติ.

การติดตั้ง

SPD ควรติดตั้งไว้ที่ต้นทางของอุปกรณ์ที่จะปกป้องเสมอ NFPA 780 12.4.2.1 กล่าวว่าจะต้องมีการป้องกันไฟกระชากที่เอาต์พุต dc ของแผงโซลาร์เซลล์จากขั้วบวกไปที่กราวด์และขั้วลบถึงกราวด์ ที่กล่องรวมและรีคอมไบเนอร์สำหรับแผงโซลาร์เซลล์หลายแผง และที่เอาต์พุต ac ของอินเวอร์เตอร์.

การติดตั้ง SPD ที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับค่าสามค่า ได้แก่:

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานต่อเนื่องสูงสุด: แรงดันไฟฟ้าที่ SPD จะเปิดใช้งาน.

ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า: หมวดหมู่แรงดันไฟฟ้าเกินของอุปกรณ์จะต้องสูงกว่าระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าของ SPD.

กระแสคายประจุที่กำหนด: ค่าสูงสุดของรูปคลื่น (8/20 μs สำหรับ SPD ประเภท 2) ที่ SPD สามารถทนต่อได้หลังจากเกิดไฟกระชากซ้ำๆ.

วิธีรวม SPD กับอินเวอร์เตอร์

ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนมากซึ่งต้องการการปกป้องที่ครอบคลุม เนื่องจากฟาร์ม PV สร้างพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (dc) อินเวอร์เตอร์ (ซึ่งจำเป็นในการแปลงพลังงานจาก dc เป็น ac) จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญในการผลิตไฟฟ้า น่าเสียดายที่อินเวอร์เตอร์ไม่เพียงแต่ไวต่อฟ้าผ่าเท่านั้น แต่ยังมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่ออีกด้วย.

NFPA 780 12.4.2.3 ต้องใช้ SPD เพิ่มเติมที่อินพุต dc ของอินเวอร์เตอร์ หากอินเวอร์เตอร์ของระบบอยู่ห่างจากตัวรวมหรือกล่องรีคอมไบเนอร์ที่ใกล้ที่สุดมากกว่า 30 เมตร.

ติดตั้ง SPD ระหว่างฟิวส์และอินเวอร์เตอร์ หากมีตัวป้องกันสาย (เช่น ฟิวส์ เบรกเกอร์กระแสตรง หรือไดโอดสตริง)

ในการเชื่อมต่อ SPD เมื่อมีอินเวอร์เตอร์พร้อมกล่องฟิวส์ในตัว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าฟิวส์ภายในถูกบายพาส และได้เชื่อมต่อฟิวส์แบบสายภายนอกแล้ว.

ควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์สตริงให้ใกล้กับสตริงมากที่สุด สายเคเบิล SPD ที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย L+/L- และระหว่างแผงขั้วต่อของ SPD และบัสบาร์กราวด์ ต้องมีระยะน้อยกว่า 2.5 เมตร ยิ่งสายเคเบิลเชื่อมต่อสั้นลง การป้องกันก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้นเท่านั้น.

สำหรับอินเวอร์เตอร์ที่มีตัวติดตาม MPP เพียงตัวเดียว ให้รวมสตริงก่อนอินเวอร์เตอร์และเชื่อมต่อเข้ากับ SPD ที่จุดเชื่อมต่อโครงข่าย.

ควรวางแผนการรวม SPD สำหรับแต่ละอินพุตเมื่ออินเวอร์เตอร์มีตัวติดตาม MPP หลายตัว ต้องใช้ SPD สำหรับแต่ละอินพุตที่หลอมรวมกับสตริงไดโอด.

การอ้างอิง

[1] คู่มือการป้องกันฟ้าผ่า, มาตรฐาน DIN EN 62305 – 3, 2014.

[2] มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก UL 1449, 2014.

(3) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ - ส่วนที่ 32: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เชื่อมต่อกับไฟฟ้ากระแสตรง ด้านการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ – การเลือกและหลักการใช้งาน มาตรฐาน IEC 61643-32, 2 017.