Fotovoltaik Sistemler İçin Aşırı Gerilim Koruması

Dolaylı yıldırım çarpmaları yıkıcıdır. Yıldırım aktivitesine ilişkin anekdotsal gözlemler genellikle PV dizilerinde yıldırımın neden olduğu aşırı gerilim seviyesinin zayıf bir göstergesidir. Dolaylı yıldırım çarpmaları, PV ekipmanı içindeki hassas bileşenlere kolayca zarar verebilir; bu da genellikle hasarlı bileşenlerin onarılması veya değiştirilmesi için yüksek maliyetlidir ve PV sisteminin güvenilirliğini etkiler. Aşırı gerilim, her bir PV sisteminin kurulum koşullarına ve kablo bağlantılarına bağlıdır.

PV sistemleri geniş açık alanlarda, genellikle tarlalarda veya binaların tepelerinde kullanılır. Bu tür açık alanlar üzerinde biriken yüklü yağmur bulutları, yükü yıldırım şeklinde salma eğilimindedir. Bu olduğunda, voltaj dalgalanması meydana gelmesi muhtemeldir. Alan ne kadar geniş olursa, yıkımın meydana gelme olasılığı da o kadar artar.

Bir PV sistemi endüstriyel bir siteye yerleştirildiğinde iş operasyonları ve ekipmanları da tehlikeye girer. İnverterler pahalıdır, ancak endüstriyel uygulamalarda daha da pahalı bir arıza, arıza süresinin maliyetidir.

Bir güneş PV sistemine yıldırım düştüğünde, güneş PV sisteminin kablo döngülerinde indüklenen geçici bir akıma ve gerilime neden olur. Bu geçici akımlar ve voltajlar ekipman terminallerinde ortaya çıkacak ve muhtemelen PV paneller, invertör, kontrol ve iletişim ekipmanlarının yanı sıra bina kurulumundaki cihazlar gibi solar PV elektrik ve elektronik bileşenlerinde izolasyon ve dielektrik arızalarına neden olacaktır. Dizi kutusu, invertör ve MPPT (maksimum güçnokta izleyici) cihazı en yüksek arıza noktalarına sahiptir.

Yüksek enerjinin elektroniklerden geçmesini ve PV sisteminde yüksek voltaj hasarına neden olmasını önlemek için voltaj dalgalanmalarının toprağa giden bir yolu olmalıdır. Bunu yapmak için tüm iletken yüzeyler doğrudan topraklanmalı ve sisteme giren ve çıkan tüm kablolar (Ethernet kabloları ve AC şebekesi gibi) bir SPD aracılığıyla toprağa bağlanmalıdır.

Dizi kutusu, rekombinasyon kutusu ve ayrıca DC bağlantı kesme içindeki her dizi grubu için bir aşırı gerilim koruma cihazına ihtiyaç vardır.

PV Sistemleri için Aşırı Gerilim Koruma Cihazı Seçimi ve Kurulumu

PV sistemleri benzersiz özelliklere sahiptir ve bu nedenle PV sistemleri için özel olarak tasarlanmış SPD'lerin kullanımını gerektirir.

PV sistemler 1500 volta kadar yüksek DC sistem gerilimlerine sahiptir. Maksimum güç noktaları, sistemin kısa devre akımının yalnızca birkaç yüzdelik altında çalışır.

PV sistemi ve kurulumu için uygun SPD modülünü belirlemek için şunları bilmelisiniz:

l Şimşek yuvarlak flaş yoğunluğu;

l Sistemin çalışma sıcaklığı;

l Sistemin voltajı;

l Sistemin kısa devre akım değeri;

l Karşı korunacak dalga formunun seviyesi (dolaylı veya doğrudan yıldırım);

l Nominal deşarj akımı.

Harici bir yıldırımdan korunma sistemi (LPS) tarafından korunan bir kurulum için SPD gereklilikleri, seçilen LPS sınıfına ve LPS ile PV kurulumu arasındaki ayırma mesafesinin izole edilip edilmediğine bağlıdır. IEC 62305-3, harici bir LPS için ayırma mesafesi gereksinimlerinin ayrıntılarını verir.

Koruyucu bir etkiye sahip olmak için, bir SPD'nin voltaj koruma seviyesi (Yukarı), sistemin terminal ekipmanının dielektrik dayanımından 20 % daha düşük olmalıdır.

Kısa devre dayanım akımı, SPD'nin bağlı olduğu güneş paneli dizisinin kısa devre akımından daha büyük olan bir SPD'nin kullanılması önemlidir. DC çıkışında sağlanan SPD'nin, panelin maksimum fotovoltaik sistem voltajına eşit veya bundan daha büyük bir DC MCOV'ye sahip olması gerekir.

Fotovoltaik Sistemlerin Dc Tarafı için SPD'ler

PV kaynakları, geleneksel DC kaynaklardan çok farklı akım ve gerilim özelliklerine sahiptirler: doğrusal olmayan bir özelliğe sahiptirler ve ateşlenen arkların uzun süre kalıcı olmasına neden olurlar. Bu nedenle, PV akım kaynakları yalnızca daha büyük PV anahtarları ve PV sigortaları gerektirmez, aynı zamanda bu benzersiz doğaya uyarlanmış ve PV akımlarıyla başa çıkabilen aşırı gerilim koruma cihazı için bir ayırıcıya da ihtiyaç duyar.

DC tarafına takılan SPD'ler her zaman özel olarak DC uygulamaları için tasarlanmalıdır. Yanlış ac veya dc tarafında bir SPD'nin kullanılması, arıza koşullarında tehlikelidir.

Kurulum

SPD'ler her zaman koruyacakları cihazların yukarı akışına kurulmalıdır. NFPA 780 12.4.2.1, güneş panelinin pozitiften toprağa ve negatiften toprağa doğru DC çıkışında, çoklu güneş panelleri için birleştirici ve rekombiner kutusunda ve invertörün ac çıkışında aşırı gerilim korumasının sağlanması gerektiğini söylüyor.

Bir SPD'nin doğru kurulumu üç değere dayanır:

l Maksimum sürekli çalışma voltajı: SPD'nin etkinleştireceği voltaj.

l Gerilim koruma seviyesi: Ekipmanın aşırı gerilim kategorisi, SPD'nin gerilim koruma seviyesinden yüksek olmalıdır.

l Nominal deşarj akımı: SPD'nin tekrarlayan dalgalanmalardan sonra dayanabileceği dalga formunun tepe değeri (tip 2 SPD'ler için 8/20 μs).

SPD'leri İnvertörlerle Birleştirme

PV çiftlikleri, kapsamlı korumaya ihtiyaç duyan çok hassas ekipmanlardan oluşur. PV çiftlikleri doğru akım (dc) gücü ürettiğinden, invertörler (bu gücü dc'den ac'ye dönüştürmek için gerekli olan) elektrik üretiminin önemli bir bileşenidir. Ne yazık ki, invertörler yalnızca yıldırım çarpmasına karşı oldukça duyarlı olmakla kalmıyor, aynı zamanda inanılmaz derecede pahalılar.

NFPA 780 12.4.2.3, sistem invertörünün en yakın birleştirici veya rekombinatör kutusundan 30 metreden daha uzakta olması durumunda invertörün dc girişinde ek SPD'ler gerektirir.

Dizi koruyucular (sigortalar, DC kesiciler veya dizi diyotları gibi) varsa, sigortalar ile invertör arasına SPD'yi takın.

Entegre sigorta kutulu bir invertör varken SPD'yi bağlamak için dahili sigortaların bypass edildiğinden ve harici dizi sigortalarının bağlı olduğundan emin olun.

Dizi invertörleri dizilere mümkün olduğunca yakın kurulmalıdır. L+/L- ağına ve SPD'nin terminal bloğu ile toprak barası arasına bağlanan SPD kabloları 2,5 metreden kısa olmalıdır. Bağlantı kabloları ne kadar kısa olursa koruma o kadar verimli ve uygun maliyetli olacaktır.

Yalnızca bir MPP izleyiciye sahip invertörler için, invertörden önceki diziyi birleştirin ve bunları ara bağlantı noktasında SPD'ye bağlayın.

İnverterde birden fazla MPP izleyici bulunduğunda her giriş için SPD kombinasyonları planlanmalıdır. Bir dizi diyotla birleştirilen her giriş için bir SPD kullanılmalıdır.

Referanslar

[1] Yıldırımdan Korunma Kılavuzu, DIN EN Standardı 62305 – 3, 2014.

[2] Aşırı Gerilim Koruma Cihazları Standardı, UL 1449, 2014.

[3] Alçak gerilim aşırı gerilim koruyucu cihazlar – Bölüm 32: DC'ye bağlı aşırı gerilim koruyucu cihazlar. fotovoltaik tesislerin tarafı – Seçim ve uygulama ilkeleri, IEC Standardı 61643-32, 2 017.