Πώς να επιλέξετε SPD για ηλιακό σύστημα

Ανησυχείτε μήπως το ακριβό σας σύστημα φωτοβολταϊκών (PV) καταστραφεί εύκολα μια μέρα; Ωστόσο, η πραγματικότητα είναι ότι χωρίς προστασία από υπερτάσεις, ακόμη και η παραμικρή αιχμή τάσης μπορεί να καταστρέψει κάθε ηλεκτρονική συσκευή που αντλεί ενέργεια από τη διάταξη των ηλιακών πάνελ. Επιπλέον, χωρίς προστασία από κεραυνούς, οποιαδήποτε επένδυση κάνετε στην ενεργειακή απόδοση θα είναι άχρηστη, καθώς οι κεραυνοί είναι μια από τις κύριες αιτίες βλάβης των ηλιακών πάνελ.

Η επιλογή της κατάλληλης συσκευής προστασίας από υπερτάσεις (SPD) είναι μια κρίσιμη απόφαση για τη διασφάλιση της μακροζωίας και της αξιοπιστίας του συστήματος ηλιακής ενέργειας.

Ένα ηλιακό SPD υπερτάσεων έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει τα ηλιακά πάνελ και τον σχετικό εξοπλισμό από υπερτάσεις και παροδικές αιχμές τάσης. Εκτρέπει την υπερβολική τάση και τις υπερτάσεις ρεύματος στη γη, προστατεύοντας το σύστημά σας από ζημιές.

Γιατί τα συστήματα ηλιακής ενέργειας/PV χρειάζονται προστασία από υπερτάσεις;

Όπως γνωρίζετε, τα ηλιακά πάνελ εγκαθίστανται σε εξωτερικούς χώρους. Αυτό τα καθιστά άμεσα εκτεθειμένα σε σκληρές συνθήκες όπως βροχή, αέρας και σκόνη. Μεταξύ των καιρικών συνθηκών, οι κεραυνοί απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή, καθώς μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά την ασφάλεια και την απόδοση ενός συστήματος PV.

Τα συστήματα ηλιακής ενέργειας είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε ζημιές από υπερτάσεις για διάφορους λόγους:

- Εκτεθειμένη θέση: Οι ηλιακές διατάξεις εγκαθίστανται συνήθως σε υπερυψωμένες, εκτεθειμένες θέσεις.
- Εκτεταμένες διαδρομές καλωδίων: Τα καλώδια συνεχούς ρεύματος (DC) μπορούν να λειτουργήσουν ως κεραίες για επαγόμενες υπερτάσεις.
- Ευαίσθητα ηλεκτρονικά: Οι μετατροπείς, τα συστήματα παρακολούθησης και ο εξοπλισμός ελέγχου περιέχουν ευάλωτα εξαρτήματα.
- Έλξη κεραυνών: Οι διατάξεις ηλιακών πάνελ μπορούν να είναι ελκυστικές διαδρομές για κεραυνούς.

Όταν ο κεραυνός χτυπάει το έδαφος, εκφορτίζει ενέργεια, επηρεάζοντας το ηλεκτρικό πεδίο στο έδαφος. Για το φωτοβολταϊκό (PV) εργοστάσιο, αυτό θέτει δύο κινδύνους:

- Μια άμεση πρόσκρουση που μπορεί να καταστρέψει φυσικά τον ηλιακό εξοπλισμό σε μια στέγη
- Παροδικές υπερτάσεις που διέρχονται από καλώδια με μαγνητική σύζευξη, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε ζημιά ευαίσθητων εξαρτημάτων όπως οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB).

Τα μη προστατευμένα συστήματα PV θα υποστούν επανειλημμένες και σημαντικές ζημιές σε περιοχές όπου οι κεραυνοί χτυπούν συχνά. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό κόστος επισκευής και αντικατάστασης, διακοπή λειτουργίας του συστήματος και απώλεια εσόδων.

Η προστασία από υπερτάσεις (SPD) έχει σχεδιαστεί για να περιορίζει τις παροδικές υπερτάσεις και να εκτρέπει τα κύματα ρεύματος στη γη. Επιπλέον, περιορίζει το πλάτος της υπέρτασης σε μια τιμή που είναι ασφαλής για την ηλεκτρική υποδομή και τον ηλεκτρικό εξοπλισμό.

Πόσα προστατευτικά υπερτάσεων ηλιακών πάνελ απαιτούνται για ένα φωτοβολταϊκό/PV σύστημα;

Ο αριθμός των προστατευτικών υπερτάσεων PV που απαιτούνται για ένα φωτοβολταϊκό ή PV σύστημα εξαρτάται από τη συγκεκριμένη διαμόρφωση και τα εξαρτήματα του συστήματος. Παρακάτω παρατίθενται ορισμένες γενικές οδηγίες που πρέπει να έχετε κατά νου.

Κύρια είσοδος υπηρεσίας DC SPD:

Συνιστάται η εγκατάσταση ενός DC SPD τύπου 1 στην κύρια είσοδο της παροχής ρεύματος του κτιρίου όπου είναι εγκατεστημένο το σύστημα PV. Αυτή η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις ηλιακών πάνελ παρέχει πλήρη προστασία για ολόκληρο το ηλεκτρικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών πάνελ και του σχετικού εξοπλισμού. Προστατεύει από υπερτάσεις τόσο από το δίκτυο όσο και από εξωτερικές πηγές, όπως κεραυνούς. Το κύριο DC SPD εισόδου 1000V θα πρέπει να είναι βαθμολογημένο για να χειρίζεται τη μέγιστη τάση και το ρεύμα υπερτάσεων που αναμένεται στο σύστημα.

Υποδιανομή DC SPD:

Σε μεγάλα φωτοβολταϊκά συστήματα υπάρχουν συχνά υποδιανομείς ή κουτιά συλλογής που συνδυάζουν την ηλεκτρική έξοδο πολλαπλών ηλιακών σειρών. Συνιστάται η εγκατάσταση DC SPDs τύπου 2 σε αυτά τα υπο-πάνελ για την παροχή τοπικής προστασίας από υπερτάσεις στα κυκλώματα που είναι συνδεδεμένα σε αυτά τα πάνελ. Αυτά τα DC SPDs προστατεύουν από υπερτάσεις που προκαλούνται από το δίκτυο και περιορίζουν τη διάδοση των υπερτάσεων εντός του συστήματος.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι συγκεκριμένες απαιτήσεις για τα DC SPDs σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με παράγοντες όπως το μέγεθος του συστήματος, ο χώρος εγκατάστασης, οι τοπικοί ηλεκτρικοί κώδικες και τα βιομηχανικά πρότυπα. Είναι καλύτερο να συμβουλευτείτε έναν εξειδικευμένο εγκαταστάτη ηλιακών συστημάτων ή έναν ηλεκτρολόγο που μπορεί να αξιολογήσει το σύστημά σας και να δώσει συγκεκριμένες συμβουλές σχετικά με τον αριθμό και τον τύπο των DC SPDs που απαιτούνται για βέλτιστη προστασία από υπερτάσεις.

Επίσης, βεβαιωθείτε ότι το DC SPD 1000V που επιλέγετε έχει τις βαθμολογίες τάσης και ρεύματος υπερτάσεων και τις απαραίτητες πιστοποιήσεις για να πληροί τα τοπικά πρότυπα ασφαλείας. Συνιστάται επίσης η τακτική συντήρηση και επιθεώρηση των DC SPDs για να διασφαλιστεί ότι συνεχίζουν να είναι αποτελεσματικά στην προστασία του ηλιακού μας συστήματος.

Ο αριθμός των SPDs που είναι εγκατεστημένα σε ένα ηλιακό σύστημα PV ποικίλλει ανάλογα με την απόσταση μεταξύ του πάνελ και του μετατροπέα. Όταν το μήκος του καλωδίου μεταξύ των ηλιακών πάνελ είναι μικρότερο από 10 μέτρα: 1 SPD θα πρέπει να εγκατασταθεί από τον μετατροπέα, τα κουτιά συνδυασμού ή πιο κοντά στα ηλιακά πάνελ. Όταν η καλωδίωση DC είναι πάνω από 10 μέτρα: απαιτούνται περισσότερα προστατευτικά υπερτάσεων και στα δύο άκρα των καλωδίων του μετατροπέα και των ηλιακών μονάδων.

Για μεγαλύτερα συστήματα, εξετάστε την προστασία σε αυτά τα βασικά σημεία:

- Επίπεδο διάταξης: Εγκαταστήστε SPDs στα κουτιά συνδυασμού για κατανεμημένες διατάξεις
- Είσοδος DC μετατροπέα: Εγκαταστήστε SPDs αμέσως πριν από τις εισόδους DC του μετατροπέα
- Επίπεδο σειράς: Για συστήματα με πολλαπλές σειρές, εξετάστε την προστασία σε επίπεδο σειράς

Διαφορετικές διαμορφώσεις γείωσης απαιτούν συγκεκριμένα σχήματα σύνδεσης SPD:

Διαμορφώσεις πλευράς DC:

- Λειτουργικά γειωμένο: Ένας πόλος DC συνδεδεμένος στη γη
- Γειωμένο με υψηλή αντίσταση: Πόλος DC συνδεδεμένος στη γη μέσω αντίστασης
- Μη γειωμένο/αιωρούμενο: Κανένας πόλος δεν είναι απευθείας συνδεδεμένος στη γη

Διαμορφώσεις πλευράς AC:

- Συστήματα TN-C, TN-S, TN-C-S
- Συστήματα TT
- Συστήματα IT

- Κάθε διαμόρφωση απαιτεί ένα συγκεκριμένο σχήμα σύνδεσης SPD για να διασφαλιστεί η αποτελεσματική προστασία. Για παράδειγμα, τα μη γειωμένα (IT) συστήματα PV συχνά χρειάζονται SPDs με “Y-διαμορφώσεις” για ολοκληρωμένη προστασία.

Το SPD παρακάμπτει την υπερβολική τάση και περιορίζει την επίδραση των υπερτάσεων και των παροδικών αιχμών στο σύστημά σας PV.

Ρύθμιση τάσης:

Το DC SPD παρακολουθεί συνεχώς το επίπεδο τάσης του ηλεκτρικού συστήματος. Όταν η τάση υπερβαίνει ένα προκαθορισμένο όριο, υποδεικνύοντας ότι έχει συμβεί μια υπέρταση ή παροδική κατάσταση, το DC SPD ενεργοποιείται για να παρέχει προστασία.

Εξαγωγή της υπέρτασης:

Τα DC SPDs παρέχουν μια διαδρομή χαμηλής σύνθετης αντίστασης για την εκτροπή της υπερβολικής τάσης μακριά από την προστατευόμενη συσκευή. Οι μεταβλητές αντιστάσεις οξειδίου μετάλλου (MOV) ή οι σωλήνες εκκένωσης αερίου (GDT) χρησιμοποιούνται συνήθως ως το κύριο προστατευτικό στοιχείο. Αυτά τα εξαρτήματα έχουν υψηλή αντίσταση υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, αλλά γίνονται αγώγιμα όταν η τάση υπερβαίνει το ονομαστικό όριο.

Απορροφά και διαχέει ενέργεια:

Σε περίπτωση υπέρτασης, το DC SPD 1000V μεταφέρει αμέσως την υπερβολική τάση στη γη, παρακάμπτοντας ευαίσθητο εξοπλισμό στο σύστημα. Τα MOVs ή GDTs στα DC SPDs απορροφούν την ενέργεια υπερτάσεων περιορίζοντας την τάση σε ασφαλή επίπεδα. Αυτό αποτρέπει την υπερβολική τάση από το να φτάσει στα συνδεδεμένα ηλιακά πάνελ, τους μετατροπείς και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Όρια τάσης:

Τα DC SPDs έχουν σχεδιαστεί για να περιορίζουν τα επίπεδα τάσης υπερτάσεων σε ασφαλή όρια. Αυτό το όριο τάσης διασφαλίζει ότι οι υπερτάσεις δεν υπερβαίνουν την ικανότητα φόρτισης της συσκευής. Διατηρώντας την τάση εντός ενός ασφαλούς εύρους, το DC SPD προστατεύει το σύστημα από ζημιές και βοηθά στην αποφυγή βλαβών του εξοπλισμού.

Χρόνος αντίδρασης:

Ο χρόνος απόκρισης του DC SPD (συνήθως σε νανοδευτερόλεπτα) υποδεικνύει πόσο γρήγορα το DC SPD 1000V μπορεί να ενεργοποιηθεί όταν συμβεί μια κατάσταση υπέρτασης. Ένας γρήγορος χρόνος απόκρισης είναι σημαντικός για την αποτελεσματική διάχυση της υπέρτασης πριν φτάσει στη συσκευή. Για βέλτιστη προστασία, αναζητήστε DC SPDs με γρήγορους χρόνους απόκρισης. Πολλαπλά επίπεδα προστασίας: Διαφορετικοί τύποι DC SPDs μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φωτοβολταϊκά συστήματα για την παροχή πολλαπλών επιπέδων προστασίας. Ένας αλεξικέραυνος τύπου 1 εγκαθίσταται στην μπροστινή πόρτα για προστασία από εξωτερικές υπερτάσεις. Ένας κεραυνός είναι εγκατεστημένος. Ένα DC SPD τύπου 2 είναι συνδεδεμένο στον υποδιανομέα για προστασία από υπέρταση από το δίκτυο.

Πώς λειτουργεί ένα SPD για την προστασία του συστήματος PV;

Με απλά λόγια, ένα ηλιακό SPD ελέγχει την παροδική τάση και κατευθύνει το ρεύμα πίσω στην πηγή του ή στη γη όταν προκύπτει μια παροδική τάση στο προστατευόμενο κύκλωμα.

Για να διασφαλιστεί ότι η ενέργεια ρέει πρώτα στη γη για την αποφυγή υπερτάσεων, το πιο σημαντικό εξάρτημα είναι η μεταβλητή αντίσταση οξειδίου μετάλλου (MOV). η οποία υπό διαφορετικές συνθήκες μεταβαίνει μεταξύ μιας κατάστασης υψηλής και χαμηλής σύνθετης αντίστασης.

Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις ηλιακών πάνελ βρίσκεται σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης και δεν έχει καμία επίδραση στο σύστημα PV σε τυπικές τάσεις λειτουργίας. Όταν συμβεί μια παροδική τάση στο κύκλωμα, το SPD μετακινείται σε κατάσταση αγωγιμότητας (ή χαμηλής σύνθετης αντίστασης) και εκτρέπει το ρεύμα υπερτάσεων πίσω στην πηγή του ή στη γη. Αυτό περιορίζει ή συγκρατεί την τάση σε ένα ασφαλέστερο επίπεδο. Αφού εκτραπεί η παροδική κατάσταση, το SPD επαναφέρεται αυτόματα στην κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης.