Ο σχεδιασμός προστασίας ενός κιβωτίου συνδυασμού φωτοβολταϊκών δεν αφορά τον γεμισμό του περιβλήματος με όσο το δυνατόν περισσότερες προστατευτικές διατάξεις. Αφορά την ανάθεση της σωστής εργασίας σε κάθε διάταξη και τη διασφάλιση ότι αυτές οι διατάξεις λειτουργούν συνεργατικά υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας φωτοβολταϊκών (PV).
Σε ένα σωστά σχεδιασμένο κιβώτιο συνδυασμού φωτοβολταϊκών:
- Ασφάλειες χορδών αντιμετωπίζεται το ρεύμα αναστροφής και η έκθεση σε σφάλματα σε επίπεδο στοιχειοσειράς (string).
- Απομονωτές DC παρέχεται ασφαλής χειροκίνητη αποσύνδεση όταν επιλέγεται για χρήση σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος (DC) φωτοβολταϊκών.
- Διακόπτες DC παρέχεται ονομαστική προστασία από υπερένταση και λειτουργίες μεταγωγής/απομόνωσης μόνο εντός των δοκιμασμένων ορίων εφαρμογής τους.
- Διατάξεις προστασίας από υπερτάσεις (SPDs) περιορίζουν τις μεταβατικές υπερτάσεις από κεραυνούς ή υπερτάσεις μεταγωγής.
Το πιο συνηθισμένο σχεδιαστικό σφάλμα είναι η σύγχυση ρόλων. Ένας αποζεύκτης DC δεν είναι ασφάλεια. Μια ασφάλεια δεν είναι διακόπτης απομόνωσης φορτίου. Ένα SPD δεν είναι διάταξη προστασίας από υπερένταση. Ένας αυτόματος διακόπτης DC δεν καταργεί αυτόματα την ανάγκη αξιολόγησης της ασφάλισης των στοιχειοσειρών (strings). Ο καλός σχεδιασμός προστασίας ξεκινά με τον σαφή διαχωρισμό αυτών των λειτουργιών.
Εάν χρειάζεστε πρώτα ένα ευρύτερο υπόβαθρο, δείτε τι κάνει ένα ηλιακό κουτί συνένωσης ή το Οδηγός για κουτιά συνδυασμού φωτοβολταϊκών (PV combiner box). Αυτό το άρθρο εστιάζει ειδικά στον συντονισμό προστασίας.
Σύγκριση διατάξεων προστασίας σε κουτιά συνδυασμού ηλιακών συστημάτων
| Συσκευή | Κύριος ρόλος στο κουτί συνδυασμού | Τι δεν αντικαθιστά | Βασικοί έλεγχοι επιλογής |
|---|---|---|---|
| Ασφάλεια στοιχειοσειράς (string fuse) | Προστατεύει τους αγωγούς/μονάδες της στοιχειοσειράς όπου το αντίστροφο ρεύμα από παράλληλες στοιχειοσειρές ενδέχεται να υπερβεί τα ασφαλή όρια | Σχεδιασμός διάταξης αποζεύκτη DC, SPD, διακόπτη τροφοδοσίας και περιβλήματος | Ασφάλεια τύπου gPV/PV, ονομαστική τάση, ονομαστικό ρεύμα, μέγιστη ονομαστική τιμή ασφάλειας σειράς μονάδας, ονομαστική τιμή βάσης ασφάλειας |
| Απομονωτής DC | Παρέχει τοπική χειροκίνητη αποσύνδεση για συντήρηση ή πρόσβαση έκτακτης ανάγκης | Προστασία από υπερένταση, προστασία από υπέρταση, συντονισμός ασφαλειών στοιχειοσειράς | Ονομαστική τάση/ρεύμα DC, κατηγορία χρήσης, διάταξη πόλων, καταλληλότητα απομόνωσης, ονομαστική ικανότητα διακοπής φορτίου εάν απαιτείται |
| Διακόπτης DC | Παρέχει προστασία υπερέντασης για DC και μπορεί να παρέχει μεταγωγή/απομόνωση εάν έχει σχεδιαστεί για αυτόν τον σκοπό | Απόφαση για κάθε ασφάλεια στοιχειοσειράς (string fuse), SPD, απαιτήσεις αποζεύκτη ειδικά για φωτοβολταϊκά | Ικανότητα διακοπής DC, ονομαστική τάση, πολικότητα, καλωδίωση πόλων, καμπύλη απόζευξης/ονομαστικό ρεύμα, πλαίσιο προτύπων |
| Ειδικό Πιστοποιητικό Πρόσβασης (SPD) | Περιορίζει την παροδική υπέρταση και εκτρέπει το ρεύμα υπέρτασης μέσω μιας καθορισμένης διαδρομής προστασίας | Προστασία υπερέντασης, διακοπή σφάλματος, αποσύνδεση, διόρθωση λανθασμένης πολικότητας | Ucpv/MCOV, Up, In/Imax ή Iimp κατά περίπτωση, Τύπος 1/Τύπος 2, εφεδρική προστασία, μήκος αγωγών, διαδρομή γείωσης |
Αυτός ο πίνακας αποτελεί τη βάση. Εάν ένας σχεδιασμός αντιμετωπίζει αυτές τις τέσσερις συσκευές ως εναλλάξιμες, το σύστημα προστασίας θα φαίνεται πλήρες, αλλά θα παρουσιάζει κακή συμπεριφορά σε πραγματικές συνθήκες σφάλματος, συντήρησης ή υπέρτασης.
Γιατί ο συντονισμός προστασίας είναι σημαντικός σε ένα κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών (PV Combiner Box)
Ένα κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών συγκεντρώνει πολλαπλές στοιχειοσειρές φωτοβολταϊκών πριν την τροφοδοσία ενός μετατροπέα ή ενός σταδίου προστασίας συνεχούς ρεύματος (DC) κατάντη. Αυτό το σημείο σύγκλισης δημιουργεί αρκετούς κινδύνους:
- αντίστροφο ρεύμα από υγιείς στοιχειοσειρές προς μια στοιχειοσειρά με σφάλμα
- δυσκολία διακοπής τόξου συνεχούς ρεύματος (DC)
- υπερένταση στο κύκλωμα συνδυασμένης εξόδου
- μεταβατική υπέρταση από κεραυνούς ή υπερτάσεις μεταγωγής
- συγκέντρωση θερμότητας στο εσωτερικό εξωτερικών περιβλημάτων
- κίνδυνος πρόσβασης κατά τη συντήρηση εάν η αποσύνδεση και η σήμανση δεν είναι σαφείς
Το κουτί δεν είναι απλώς ένας κόμβος καλωδίωσης. Είναι ένα όριο προστασίας. Μια κακή επιλογή συσκευής σε ένα μέρος του κουτιού μπορεί να υπονομεύσει το υπόλοιπο σύστημα.
Για παράδειγμα, μια ασφάλεια στοιχειοσειράς μπορεί να προστατεύσει μια στοιχειοσειρά από έκθεση σε αντίστροφο ρεύμα, αλλά δεν παρέχει ένα βολικό τοπικό σημείο αποσύνδεσης για σέρβις. Ένας διακόπτης απομόνωσης DC μπορεί να καταστήσει τη συντήρηση ασφαλέστερη, αλλά δεν θα διακόψει ένα βραχυκύκλωμα όπως μια κατάλληλα ονομασμένη συσκευή προστασίας. Μια διάταξη SPD μπορεί να προστατεύσει από παροδικές υπερτάσεις, αλλά δεν μπορεί να διακόψει ένα συνεχές ρεύμα σφάλματος.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το σύστημα προστασίας πρέπει να σχεδιάζεται ως σύνολο και όχι ως συλλογή εξαρτημάτων από καταλόγους.
Πρότυπα και ονομαστικά χαρακτηριστικά που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη
Το ακριβές πλαίσιο προτύπων εξαρτάται από την περιοχή, τις προδιαγραφές του έργου, την κατηγορία τάσης και την πιστοποίηση του προϊόντος. Γενικά, οι σχεδιαστές συναντούν συχνά τα ακόλουθα πλαίσια:
| Περιοχή | Κοινό πρότυπο πλαίσιο | Γιατί έχει σημασία |
|---|---|---|
| Ασφάλειες φωτοβολταϊκών στοιχειοσειρών | Έννοιες ασφαλειών IEC 60269-6 / gPV, απαιτήσεις ασφαλειών φωτοβολταϊκών (PV) κατά UL/συγκεκριμένες απαιτήσεις αγοράς | Οι ασφάλειες φωτοβολταϊκών πρέπει να διακόπτουν το ρεύμα σφάλματος DC υπό συνθήκες φωτοβολταϊκών |
| Διακόπτες φορτίου / αποζεύκτες DC | Διακόπτες φορτίου τύπου IEC 60947-3 και πλαίσιο κατηγοριών χρήσης | Η μεταγωγή και η απομόνωση DC πρέπει να επαληθεύονται για τη συγκεκριμένη εφαρμογή |
| Διακόπτες κυκλώματος DC | IEC 60947-2 ή άλλα ισχύοντα πρότυπα/πιστοποιήσεις για αυτόματους διακόπτες DC | Η ικανότητα διακοπής και η ονομαστική τάση DC πρέπει να αντιστοιχούν στις συνθήκες του συστήματος |
| Αντικεραυνικά προστασίας (SPD) φωτοβολταϊκών DC | IEC 61643-31 για αντικεραυνικά προστασίας (SPD) συνδεδεμένα στην πλευρά DC φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων | Η τάση, το ρεύμα υπέρτασης και η συμπεριφορά αστοχίας των SPD διαφέρουν από τα κοινά SPD εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) |
| Σχεδιασμός φωτοβολταϊκής συστοιχίας | Πλαίσια εγκατάστασης κατά IEC 62548 / IEC 60364-7-712, καθώς και τοπικοί κανονισμοί | Η προστασία από υπερένταση, η αποζεύξη, η γείωση και η διαστασιολόγηση των καλωδίων εξαρτώνται από την εγκατάσταση |
Μην αντιμετωπίζετε αυτές τις αναφορές ως μια καθολική λίστα ελέγχου για κάθε χώρα. Αποτελούν σημεία αναφοράς σχεδιασμού. Η τελική επιλογή προϊόντος πρέπει να ακολουθεί την αγορά-στόχο, τις προδιαγραφές του έργου, τα φύλλα δεδομένων του κατασκευαστή και τους τοπικούς κανονισμούς.
Βήμα 1: Καθορισμός της λειτουργίας του πίνακα συνδυασμού (Combiner Box) φωτοβολταϊκών
Πριν επιλέξετε ασφάλειες, αποζεύκτες, διακόπτες ισχύος ή SPD, καθορίστε τι αναμένεται να κάνει ο πίνακας συνδυασμού.
Κάντε πρώτα αυτές τις ερωτήσεις:
- Πόσα φωτοβολταϊκά strings εισέρχονται στο κουτί;
- Ποια είναι η μέγιστη τάση DC του συστήματος;
- Το κουτί είναι εγκατεστημένο κοντά στη συστοιχία, κοντά στον μετατροπέα (inverter) ή σε άλλο σημείο μετάβασης;
- Το κουτί συνδυάζει μόνο strings ή πρέπει να παρέχει και τοπική απομόνωση;
- Ο μετατροπέας παρέχει ήδη προστασία εισόδου ή αποσύνδεση;
- Το σύστημα είναι αιωρούμενο (floating), γειωμένο ή χωρίς μετασχηματιστή;
- Ποιες συνθήκες έκθεσης σε κεραυνούς και γείωσης ισχύουν;
- Είναι η εγκατάσταση κλάσης τάσης 600V, 1000V, 1500V ή άλλης;
Εάν η κλάση τάσης δεν έχει αποφασιστεί ακόμα, δείτε Ονομαστικά χαρακτηριστικά κουτιών συνδυασμού φωτοβολταϊκών 600V έναντι 1000V έναντι 1500V και το Οδηγός συμμόρφωσης για κουτιά συνδυασμού φωτοβολταϊκών 1000V.
Βήμα 2: Συντονισμός ασφαλειών στοιχειοσειρών (string fuses)
Οι ασφάλειες στοιχειοσειρών αφορούν κυρίως την προστασία από αντίστροφο ρεύμα και έκθεση σε ρεύμα σφάλματος σε επίπεδο στοιχειοσειράς. Γίνονται ιδιαίτερα σημαντικές όταν πολλές στοιχειοσειρές συνδέονται παράλληλα και μια στοιχειοσειρά με σφάλμα ενδέχεται να δεχθεί ρεύμα από τις υπόλοιπες στοιχειοσειρές.
Η επιλογή ασφάλειας στοιχειοσειράς δεν πρέπει να γίνεται από συνήθεια. Θα πρέπει να βασίζεται στα εξής:
- τον αριθμό των παράλληλων στοιχειοσειρών
- ρεύμα βραχυκύκλωσης μονάδας και προσδοκίες ρεύματος προσαρμοσμένου στη θερμοκρασία
- μέγιστη ονομαστική τιμή ασφάλειας σειράς του κατασκευαστή της μονάδας
- ικανότητα μεταφοράς ρεύματος αγωγού στοιχειοσειράς
- σχεδιασμός εισόδου μετατροπέα
- τοπικός κώδικας ή πρότυπο έργου
- ονομαστική τάση και ρεύμα συνεχούς ρεύματος (DC) της βάσης ασφάλειας
Τι επιτυγχάνουν οι ασφάλειες στοιχειοσειρών
Οι ασφάλειες στοιχειοσειρών είναι ισχυρές για επιλεκτική προστασία σε επίπεδο στοιχειοσειράς. Εάν μια στοιχειοσειρά παρουσιάσει σφάλμα, η ασφάλεια μπορεί να βοηθήσει στον περιορισμό της ζημιάς στη συγκεκριμένη στοιχειοσειρά και να μειώσει την πιθανότητα οι παράλληλες στοιχειοσειρές να συνεχίσουν να τροφοδοτούν το σφάλμα.
Τι δεν επιτυγχάνουν οι ασφάλειες στοιχειοσειρών
Οι ασφάλειες στοιχειοσειρών (string fuses) δεν παρέχουν χειροκίνητη απομόνωση για ολόκληρη την έξοδο του πίνακα συνδυασμού (combiner). Δεν αντικαθιστούν την προστασία από υπερτάσεις. Δεν επιλύουν προβλήματα κακής όδευσης αγωγών ή θερμικής συσσώρευσης. Επίσης, δεν καθιστούν μια βάση ασφαλειών ονομαστικής τάσης AC κατάλληλη για χρήση σε φωτοβολταϊκά συστήματα DC.
| Σημείο σχεδιασμού ασφάλειας | Σωστή προσέγγιση | Κοινό λάθος |
|---|---|---|
| Τύπος ασφάλειας | Χρησιμοποιείτε ασφάλειες και βάσεις ασφαλειών ονομαστικής τάσης PV/DC που είναι κατάλληλες για την κλάση τάσης | Επιλογή μιας γενικής ασφάλειας AC επειδή η ονομαστική ένταση φαίνεται σωστή |
| Όριο μονάδας | Ελέγξτε τη μέγιστη ονομαστική τιμή ασφάλειας σειράς της μονάδας | Υπερδιαστασιολόγηση ασφαλειών πέρα από τα όρια που ορίζει η τεκμηρίωση της μονάδας |
| Παράλληλες στοιχειοσειρές (strings) | Αξιολόγηση της συνεισφοράς ρεύματος αντίστροφης ροής | Προσθήκη ή παράλειψη ασφαλειών χωρίς έλεγχο της αρχιτεκτονικής των στοιχειοσειρών (strings) |
| Σχεδιασμός βάσης ασφαλειοθήκης | Αντιστοίχιση τάσης, ρεύματος, θερμότητας και πρόσβασης συντήρησης της βάσης ασφαλειοθήκης | Χρήση βάσης που υπερθερμαίνεται ή είναι δύσκολη στη συντήρηση |
Για περαιτέρω υποστήριξη σχετικά με τις ασφάλειες, δείτε Ασφάλεια AC έναντι ασφάλειας DC, την ικανότητα διακοπής ασφαλειών DC για φωτοβολταϊκά συστήματα, και Πρόληψη ανεπιθύμητης ενεργοποίησης ασφαλειών σε κουτιά συνδυασμού φωτοβολταϊκών (solar combiner boxes).
Βήμα 3: Καθορισμός του ρόλου του αποζεύκτη DC
Ένας αποζεύκτης DC χρησιμοποιείται για την αποσύνδεση ενός κυκλώματος φωτοβολταϊκών, ώστε ο εξοπλισμός να μπορεί να συντηρηθεί με μεγαλύτερη ασφάλεια. Σε ένα κουτί συνδυασμού (combiner box), μπορεί να εγκατασταθεί στην πλευρά της συνδυασμένης εξόδου ή ως μέρος μιας ευρύτερης στρατηγικής τοπικής αποσύνδεσης.
Το σημαντικό σημείο είναι ότι ένας αποζεύκτης DC είναι πρωτίστως μια συσκευή μεταγωγής και απομόνωσης, όχι μια συσκευή προστασίας από υπερένταση.
Τι να ελέγξετε για έναν αποζεύκτη DC
- ονομαστική τάση DC υπό τη συνθήκη της μέγιστης τάσης ανοικτού κυκλώματος των φωτοβολταϊκών
- ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας
- ικανότητα διακοπής υπό φορτίο, εάν πρόκειται να ανοιχτεί υπό φορτίο
- διαμόρφωση πόλων και απαίτηση καλωδίωσης πόλων σε σειρά
- περιορισμοί πολικότητας, εάν υπάρχουν
- καταλληλότητα για εφαρμογή φωτοβολταϊκών συνεχούς ρεύματος (DC)
- ασφάλιση χειρολαβής και σαφής ένδειξη ON/OFF
- ενσωμάτωση σε ερμάριο και διάταξη εισόδου καλωδίων
Η μεταγωγή DC δεν είναι ισοδύναμη με τη μεταγωγή AC. Μια συσκευή που είναι αποδεκτή σε ένα κύκλωμα AC δεν μπορεί να θεωρηθεί ασφαλής για χρήση σε φωτοβολταϊκά DC. Τα τόξα DC δεν διέρχονται φυσικά από ένα σημείο μηδενισμού της έντασης, επομένως το εσωτερικό διάκενο επαφών, ο θάλαμος απόσβεσης τόξου, το σύστημα μαγνητών και η διάταξη των πόλων παίζουν καθοριστικό ρόλο.
Για περισσότερες πληροφορίες, δείτε Τι είναι ένας διακόπτης απομόνωσης DC;, Διακόπτης απομόνωσης DC έναντι διακόπτη απομόνωσης AC, και Πώς να διαβάζετε τις ονομαστικές τιμές ενός διακόπτη απομόνωσης DC.
Μπορούν ένας αποζεύκτης DC και ένας αυτόματος διακόπτης DC να αντικαταστήσουν ο ένας τον άλλον;
Μερικές φορές, αλλά μόνο όταν η απαιτούμενη λειτουργία είναι η ίδια. Ένας διακόπτης απομόνωσης DC και ένας αυτόματος διακόπτης DC μπορούν και οι δύο να εμφανίζονται στην έξοδο του πίνακα συνδυασμού (combiner box) και μπορούν και οι δύο να χρησιμοποιηθούν για την αποσύνδεση ενός κυκλώματος φωτοβολταϊκών, εάν είναι σωστά διαβαθμισμένοι για λειτουργία DC σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Ωστόσο, δεν είναι αυτόματα εναλλάξιμοι.
Ο πρακτικός κανόνας είναι:
- Εάν η εργασία είναι μόνο χειροκίνητη αποσύνδεση / απομόνωση, ένας σωστά διαβαθμισμένος διακόπτης απομόνωσης DC είναι συνήθως η πιο καθαρή επιλογή.
- Εάν η εργασία περιλαμβάνει προστασία από υπερένταση ή διακοπή σφάλματος, απαιτείται ένας αυτόματος διακόπτης DC ή μια στρατηγική προστασίας βασισμένη σε ασφάλειες.
- Εάν ένας αυτόματος διακόπτης συνεχούς ρεύματος (DC breaker) χρησιμοποιείται ως κύρια διάταξη εξόδου, μπορεί να αντικαταστήσει έναν ξεχωριστό αποζεύκτη μόνο εάν ο διακόπτης είναι επίσης ονομαστικά κατάλληλος και εγκεκριμένος για την απαιτούμενη λειτουργία απομόνωσης/μεταγωγής.
- Εάν οι ασφάλειες των στοιχειοσειρών (string fuses) και οι προστατευτικές διατάξεις ανάντη/κατάντη διαχειρίζονται ήδη την προστασία από υπερένταση, η έξοδος του πίνακα συνδυασμού (combiner box) ενδέχεται να χρειάζεται μόνο έναν αποζεύκτη DC για την αποσύνδεση κατά τη συντήρηση.
| Σενάριο | Καλύτερη πρώτη επιλογή | Γιατί |
|---|---|---|
| Ο πίνακας συνδυασμού χρειάζεται μόνο τοπική χειροκίνητη αποσύνδεση πριν από τη συντήρηση του μετατροπέα (inverter) | Απομονωτής DC | Απλούστερη διάταξη για μεταγωγή/απομόνωση όταν η προστασία από υπερένταση καλύπτεται αλλού |
| Το καλώδιο εξόδου από τον πίνακα συνδυασμού χρειάζεται προστασία από υπερένταση | Προστασία μέσω αυτόματου διακόπτη DC ή ασφαλειοαποζεύκτη | Ο αποζεύκτη από μόνος του δεν θα διακόψει σφάλματα υπερέντασης ή βραχυκυκλώματος |
| Το έργο απαιτεί μία συσκευή εξόδου για μεταγωγή, απομόνωση και προστασία από υπερένταση | Διακόπτης συνεχούς ρεύματος (DC), εάν είναι ονομαστικά κατάλληλος για όλες τις απαιτούμενες λειτουργίες | Πρέπει να επαληθευτεί η ικανότητα διακοπής DC, η σήμανση/λειτουργία απομόνωσης, η τάση, οι πόλοι και η καταλληλότητα εφαρμογής |
| Πολλαπλές παράλληλες στοιχειοσειρές διαθέτουν ήδη ασφάλειες στοιχειοσειρών και η προστασία εισόδου του μετατροπέα είναι καθορισμένη | Ένας αποζεύκτης DC μπορεί να είναι επαρκής στην έξοδο του πίνακα συνδυασμού (combiner box) | Εξαρτάται από τον τοπικό κανονισμό, τον σχεδιασμό του μετατροπέα, την προστασία της γραμμής τροφοδοσίας και τις προδιαγραφές του έργου |
| Κύκλωμα στοιχειοσειράς/συστοιχίας Φ/Β υψηλής τάσης όπου απαιτείται μεταγωγή υπό φορτίο | Αποζεύκτης DC κατάλληλος για Φ/Β ή διακόπτης DC με ικανότητα διακοπής υπό φορτίο | Πρέπει να επαληθευτεί η κατηγορία χρήσης ή η ονομαστική τιμή DC φωτοβολταϊκών του κατασκευαστή |
| Απαιτείται σημείο κλειδώματος συντήρησης στη συστοιχία ή στο κουτί συνδυασμού (combiner box) | Αποζεύκτης DC με δυνατότητα κλειδώματος ή αυτόματος διακόπτης κατάλληλος για απομόνωση | Η βασική απαίτηση είναι μια σαφώς ονομασμένη λειτουργία απομόνωσης με δυνατότητα κλειδώματος |
Επομένως ναι, τα προϊόντα ενδέχεται να αντικαθιστούν το ένα το άλλο σε ορισμένες διατάξεις, αλλά μόνο αφού ο σχεδιαστής προσδιορίσει τον ακριβή ρόλο: απομόνωση, διακοπή φορτίου, προστασία από υπερένταση ή συνδυασμό αυτών. Σε ένα κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών, η καλύτερη επιλογή δεν βασίζεται στο όνομα του προϊόντος, αλλά στο ποια προστατευτική λειτουργία λείπει από το συνολικό σύστημα.
Βήμα 4: Επιλέξτε προσεκτικά τους αυτόματους διακόπτες DC
Οι αυτόματοι διακόπτες DC χρησιμοποιούνται συχνά στην κοινή έξοδο ενός κουτιού συνδυασμού ή σε στάδια προστασίας DC κατάντη. Μπορεί να παρέχουν προστασία από υπερένταση, μεταγωγή και μερικές φορές απομόνωση, αλλά μόνο όταν η συσκευή έχει την κατάλληλη ονομαστική τιμή και εφαρμόζεται σωστά.
Ο αυτόματος διακόπτης πρέπει να ελέγχεται για:
- ονομαστική τάση συνεχούς ρεύματος (DC)
- ονομαστικό ρεύμα
- ικανότητα διακοπής υπό συνθήκες συνεχούς ρεύματος (DC)
- διαμόρφωση πόλων και απαιτήσεις σύνδεσης σε σειρά
- σήμανση πολικότητας ή σχεδιασμός χωρίς πολικότητα
- συμπεριφορά απόζευξης και καταλληλότητα για κυκλώματα φωτοβολταϊκών (PV)
- συντονισμός με ασφάλειες ανάντη και προστασία αντιστροφέα (inverter) κατάντη
- θερμοκρασία εγκατάστασης και απομείωση ονομαστικών χαρακτηριστικών λόγω περιβλήματος
Αυτόματος διακόπτης έναντι αποζεύκτη: μην συγχέετε τη λειτουργία τους
Ένας αυτόματος διακόπτης συνεχούς ρεύματος (DC breaker) και ένας διακόπτης απομόνωσης συνεχούς ρεύματος (DC isolator) μπορεί να μοιάζουν εξωτερικά, ειδικά όταν και τα δύο χρησιμοποιούν περιστροφική λαβή ή μορφή ράγας DIN. Ο σχεδιαστικός τους ρόλος όμως είναι διαφορετικός.
| Συσκευή | Κύριος ρόλος | Βασικός κίνδυνος σε περίπτωση εσφαλμένης χρήσης |
|---|---|---|
| Απομονωτής DC | Χειροκίνητη αποσύνδεση και απομόνωση | Ενδέχεται να μην μπορεί να διακόψει σφάλματα υπερέντασης ή βραχυκυκλώματος |
| Διακόπτης DC | Προστασία από υπερένταση και διακοπή εντός των ονομαστικών τιμών | Ενδέχεται να μην είναι κατάλληλος ως απαιτούμενος τοπικός διακόπτης απομόνωσης, εκτός εάν φέρει τη σχετική σήμανση/ονομαστική τιμή για αυτόν τον ρόλο |
| Ασφάλεια συνεχούς ρεύματος (DC fuse) | Ταχεία προστασία σε επίπεδο στοιχειοσειράς (string) ή αγωγού | Δεν αποτελεί βολική συσκευή μεταγωγής για τακτική λειτουργία |
Για λεπτομέρειες σχετικά με τα παρακείμενα στοιχεία, βλ. Τι είναι ένας Διακόπτης Κυκλώματος DC;, Πώς να επιλέξετε έναν αυτόματο διακόπτη συνεχούς ρεύματος (DC), Διακόπτης Κυκλώματος DC έναντι Ασφάλειας, και Διακόπτης απομόνωσης DC έναντι αυτόματου διακόπτη κυκλώματος DC.
Βήμα 5: Επιλογή και τοποθέτηση του SPD
Τα SPD προστατεύουν από παροδικές υπερτάσεις. Στα φωτοβολταϊκά συστήματα, οι υπερτάσεις μπορεί να προέρχονται από επιδράσεις κεραυνών, κοντινά συμβάντα μεταγωγής, μεγάλες διαδρομές καλωδίων ή αλληλεπιδράσεις του συστήματος γείωσης. Το SPD σε ένα κουτί συνδυασμού (combiner box) δεν είναι διακοσμητικό εξάρτημα· πρέπει να επιλέγεται με βάση το πραγματικό σύστημα DC.
Οι βασικοί έλεγχοι περιλαμβάνουν:
- Ucpv ή μέγιστη τάση συνεχούς λειτουργίας κατάλληλη για τάση DC φωτοβολταϊκών
- επίπεδο προστασίας τάσης (Επάνω)
- ονομαστικές τιμές και μέγιστες τιμές ρεύματος εκφόρτισης, κατά περίπτωση
- Απαίτηση Τύπου 1, Τύπου 2 ή Τύπου 1+2 με βάση τη φιλοσοφία προστασίας
- Απαίτηση εφεδρικής προστασίας
- Ένδειξη σφάλματος και απομακρυσμένη σηματοδότηση, εάν απαιτείται
- Τρόπος σύνδεσης και διάταξη γείωσης
- Σύντομη, ελεγχόμενη όδευση αγωγών
Η τοποθέτηση του SPD έχει σημασία
Ένα SPD με καλά ονομαστικά χαρακτηριστικά μπορεί να έχει χαμηλή απόδοση εάν εγκατασταθεί με μακριούς, κυκλικούς αγωγούς. Το ρεύμα υπέρτασης που διαρρέει μακριούς αγωγούς δημιουργεί πρόσθετη πτώση τάσης. Πρακτικά, η αποτελεσματική προστασία στον μετατροπέα ή στον εξοπλισμό DC μπορεί να είναι χειρότερη από ό,τι υποδηλώνει η αναγραφόμενη τιμή Up του SPD.
Τοποθετήστε το SPD έτσι ώστε η διαδρομή σύνδεσής του να είναι σύντομη, απευθείας και σύμφωνη με το διάγραμμα καλωδίωσης του κατασκευαστή και τη φιλοσοφία γείωσης του έργου.
Για βαθύτερη επιλογή SPD, δείτε Πώς να επιλέξετε το σωστό SPD για το σύστημα ηλιακής ενέργειας, Type 1 vs Type 2 vs Type 3 SPD, Uc και Up στο SPD, Πού να Εγκαταστήσετε SPDs, και Λάθη εγκατάστασης SPD.
Μια πρακτική ροή εργασίας συντονισμού προστασίας
Η ασφαλέστερη προσέγγιση είναι η διαδοχική λήψη αποφάσεων.
| Βήμα | Ενέργεια σχεδιασμού | Γιατί έχει σημασία |
|---|---|---|
| 1 | Καθορισμός τάσης συστήματος, αριθμού στοιχειοσειρών (strings) και διάταξης εισόδου μετατροπέα (inverter) | Καθορίζει ολόκληρο το όριο προστασίας |
| 2 | Αξιολόγηση της έκθεσης σε αντίστροφο ρεύμα σε επίπεδο στοιχειοσειράς (string) | Προσδιορισμός της ανάγκης για ασφάλεια και του ρόλου της |
| 3 | Επιλογή ασφάλειας στοιχειοσειράς (string fuse) και βάσης ασφάλειας κατάλληλων για φωτοβολταϊκά, εάν απαιτείται | Αποτροπή εσφαλμένων υποθέσεων σχετικά με ασφάλειες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) ή γενικής χρήσης |
| 4 | Καθορισμός του εάν απαιτείται τοπική απομόνωση | Προσδιορισμός της ανάγκης και της θέσης τοποθέτησης του διακόπτη απομόνωσης συνεχούς ρεύματος (DC isolator) |
| 5 | Επιλογή αυτόματου διακόπτη εξόδου ή προστατευτικής διάταξης, εάν απαιτείται | Συντονισμός της προστασίας της γραμμής τροφοδοσίας και της λειτουργίας μεταγωγής |
| 6 | Επιλέξτε SPD με βάση την τάση, την έκθεση και τη γείωση | Αποτρέπει τη γενική επιλογή SPD |
| 7 | Ελέγξτε τη διάταξη, τη θερμότητα, τη δρομολόγηση καλωδίων και την πρόσβαση για συντήρηση | Αποτρέπει αστοχίες πεδίου που δεν είναι ορατές σε ένα σχηματικό διάγραμμα |
Αυτή η ροή εργασίας εμποδίζει τον σχεδιασμό να διολισθήσει στο σύνηθες πρότυπο όπου “μία συσκευή λύνει τα πάντα”. Επίσης, καθιστά τον πίνακα υλικών ευκολότερο να υποστηριχθεί κατά την αναθεώρηση του έργου.
Τυπικά Πρότυπα Προστασίας
| Πρότυπο συνδυαστή Φ/Β | Ρόλος της ασφάλειας | Ρόλος του αποζεύκτη συνεχούς ρεύματος (DC) | Ρόλος του αυτόματου διακόπτη συνεχούς ρεύματος (DC) | Ρόλος της διάταξης προστασίας από υπερτάσεις (SPD) |
|---|---|---|---|---|
| Μικρή συστοιχία με λίγες παράλληλες σειρές | Μπορεί να εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα όρια των φωτοβολταϊκών πλαισίων και τους τοπικούς κανονισμούς | Συχνά χρησιμοποιείται για αποσύνδεση κατά τη συντήρηση | Μπορεί να βρίσκεται κατάντη ή να είναι ενσωματωμένος αλλού | Αξιολογείται με βάση την έκθεση και την ευαισθησία του μετατροπέα |
| Εμπορικός συνδυαστής φωτοβολταϊκών στέγης | Συχνά σημαντικό λόγω των πολλαπλών παράλληλων στοιχειοσειρών | Χρησιμοποιείται συνήθως για τοπική απομόνωση | Συχνά χρησιμοποιείται στη συνδυασμένη έξοδο ή στο στάδιο προστασίας DC κατάντη | Συνήθως σημαντικό επειδή οι συστοιχίες στέγης είναι εκτεθειμένες σε υπερτάσεις |
| Συστοιχία DC κλίμακας κοινής ωφέλειας ή υψηλής τάσης | Πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά ως προς την τάση του συστήματος και την ονομαστική τιμή της βάσης ασφαλείας | Απαιτείται στιβαρός σχεδιασμός μεταγωγής/απομόνωσης συνεχούς ρεύματος (DC) φωτοβολταϊκών | Πρέπει να ανταποκρίνεται στις υψηλές απαιτήσεις τάσης DC και διακοπής φορτίου | Συχνά αποτελεί μέρος μιας συντονισμένης ιδέας αντικεραυνικής προστασίας για ολόκληρη την εγκατάσταση |
| Προστασία εισόδου ενσωματωμένη στον μετατροπέα (inverter) | Ενδέχεται να μειωθεί ή να τροποποιηθεί ανάλογα με τον σχεδιασμό του μετατροπέα | Ενδέχεται να εξακολουθεί να απαιτείται τοπικά βάσει του σχεδιασμού του έργου | Μπορεί να είναι ενσωματωμένη, εξωτερική ή και τα δύο | Θα πρέπει να εξακολουθεί να συντονίζεται με τη όδευση των καλωδίων DC και τη γείωση |
Η διάταξη και ο θερμικός σχεδιασμός αποτελούν μέρος της προστασίας
Ο συντονισμός της προστασίας δεν είναι μόνο ηλεκτρολογικός. Ένα κουτί συνδυασμού (combiner box) μπορεί να χρησιμοποιεί σωστά εξαρτήματα και παρόλα αυτά να αποτύχει λόγω της διάταξης.
Δώστε προσοχή στα εξής:
- απαγωγή θερμότητας της ασφαλειοθήκης
- απόσταση μεταξύ συσκευών που παράγουν θερμότητα
- ακτίνα κάμψης καλωδίων και όδευση αγωγών
- μήκος καλωδίων SPD και διαδρομή γείωσης
- διαχωρισμός μεταξύ θετικών και αρνητικών αγωγών DC όπου απαιτείται
- πρόσβαση συντήρησης σε ασφάλειες, αποζεύκτες, διακόπτες ισχύος και μονάδες SPD
- κίνδυνος εισροής νερού λόγω κακής διάταξης των στυπιοθλιπτών καλωδίων
- ορατότητα ετικετών για τις ομάδες συντήρησης
Εάν ο σχεδιασμός του περιβλήματος είναι ακόμα ανοιχτός, επανεξετάστε επιλογή περιβλήματος για κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών (PV combiner box), τοποθέτηση κουτιού συνδυασμού σε εσωτερικό έναντι εξωτερικού χώρου, αιτίες υπερθέρμανσης του ηλιακού κουτιού συνδυασμού και λύσεις, και ο λίστα ελέγχου επιθεώρησης ηλιακού κουτιού συνδυασμού.
Συνήθη σχεδιαστικά σφάλματα
Σφάλμα 1: Αντιμετώπιση του αυτόματου διακόπτη ως καθολική αντικατάσταση των ασφαλειών
Ένας διακόπτης DC στην έξοδο του συνδυαστή μπορεί να είναι απαραίτητος, αλλά δεν επιλύει αυτόματα την προστασία από αντίστροφο ρεύμα σε επίπεδο στοιχειοσειράς (string). Η ανάγκη για ασφάλειες στοιχειοσειράς πρέπει να αξιολογείται πάντα.
Σφάλμα 2: Χρήση προστατευτικών συσκευών AC σε κυκλώματα φωτοβολταϊκών DC
Η διακοπή ρεύματος DC στα φωτοβολταϊκά διαφέρει από τη διακοπή AC. Οι συσκευές πρέπει να είναι ονομαστικά προδιαγεγραμμένες για την πραγματική τάση DC και την εφαρμογή.
Σφάλμα 3: Εγκατάσταση αποζεύκτη με την υπόθεση ότι η προστασία από υπερένταση έχει επιλυθεί
Ένας αποζεύκτης DC παρέχει λειτουργία αποσύνδεσης. Δεν παρέχει αυτόματα προστασία από βραχυκύκλωμα ή υπερφόρτωση.
Λάθος 4: Επιλογή SPD μόνο με βάση την ένδειξη “PV SPD”
Το SPD πρέπει να αντιστοιχεί στις παραμέτρους Ucpv/MCOV, στην ικανότητα εκφόρτισης, στο σημείο εγκατάστασης, στην εφεδρική προστασία και στη διάταξη γείωσης. Η ετικέτα από μόνη της δεν αρκεί.
Λάθος 5: Αγνοώντας το μήκος και τη διάταξη των αγωγών
Τα μακριά καλώδια σύνδεσης του SPD, οι συνωστισμένες ασφαλειοθήκες και η κακή όδευση των αγωγών μπορούν να εξασθενήσουν μια τεχνικά σωστή επιλογή εξαρτήματος.
Λάθος 6: Σχεδιασμός για το σχηματικό διάγραμμα αλλά όχι για τον τεχνικό
Ο τελικός πίνακας πρέπει να είναι επιθεωρήσιμος και συντηρήσιμος. Η αντικατάσταση ασφαλειών, ο χειρισμός του αποζεύκτη, η επαναφορά του διακόπτη, ο έλεγχος της κατάστασης του SPD και η ανάγνωση των ετικετών πρέπει να είναι εφικτά στο περιβάλλον εγκατάστασης.
Λίστα ελέγχου σχεδιαστή
| Σημείο ελέγχου | Επιβεβαίωση πριν από την έκδοση |
|---|---|
| Αρχιτεκτονική στοιχειοσειρών (strings) | Ο αριθμός των παράλληλων στοιχειοσειρών και η συνεισφορά στο σφάλμα είναι γνωστά |
| Όριο προστασίας μονάδας | Έχει ελεγχθεί η μέγιστη ονομαστική τιμή ασφάλειας σειράς της μονάδας |
| Σχεδιασμός ασφάλειας | Η ασφάλεια-σύνδεσμος και η βάση είναι ονομαστικής ισχύος PV DC και τοποθετημένα σωστά |
| Σχεδιασμός αποζεύκτη | Η ονομαστική τιμή του αποζεύκτη DC, η διάταξη των πόλων και η λειτουργία διακοπής φορτίου/απομόνωσης έχουν επιβεβαιωθεί |
| Σχεδιασμός διακόπτη | Καθορίζονται η ονομαστική τιμή, η ικανότητα διακοπής, η πολικότητα και ο ρόλος του διακόπτη DC |
| Σχεδιασμός SPD | Ελέγχονται οι παράμετροι Ucpv, Up, ρεύμα εκφόρτισης, τύπος, εφεδρική προστασία και διαδρομή γείωσης |
| Διάταξη | Εξετάζονται η θερμική απόσταση, η όδευση των αγωγών, το μήκος των καλωδίων SPD και η πρόσβαση για συντήρηση |
| Τεκμηρίωση | Το μονογραμμικό σχέδιο, η λίστα υλικών (BOM), οι ετικέτες, οι προειδοποιητικές πινακίδες και τα σημεία ελέγχου αντιστοιχούν στον πραγματικό πίνακα |
ΣΥΧΝΈΣ ΕΡΩΤΉΣΕΙΣ
Μπορεί ένας διακόπτης DC να αντικαταστήσει τις ασφάλειες στοιχειοσειρών (string fuses) σε ένα κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών;
Όχι αυτόματα. Ένας αυτόματος διακόπτης DC στην κοινή έξοδο μπορεί να προστατεύσει και να απομονώσει το εξερχόμενο κύκλωμα, αλλά οι ασφάλειες των strings αντιμετωπίζουν την έκθεση σε αντίστροφο ρεύμα σε επίπεδο string από παράλληλα strings. Πρόκειται για διαφορετικά ζητήματα προστασίας.
Είναι ο διακόπτης απομόνωσης DC το ίδιο με τον αυτόματο διακόπτη DC;
Όχι. Ένας διακόπτης απομόνωσης DC παρέχει χειροκίνητη αποσύνδεση και απομόνωση όταν είναι ονομαστικά κατάλληλος για την εφαρμογή. Ένας αυτόματος διακόπτης DC παρέχει προστασία από υπερένταση και διακοπή εντός των ονομαστικών τιμών του. Ορισμένα προϊόντα ενδέχεται να συνδυάζουν λειτουργίες, αλλά το δελτίο τεχνικών δεδομένων πρέπει να υποστηρίζει ρητά την προβλεπόμενη χρήση.
Χρειάζεται κάθε κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών (combiner box) ασφάλειες στα strings;
Όχι πάντα. Η ανάγκη εξαρτάται από τον αριθμό των strings, την ονομαστική τιμή της μέγιστης ασφάλειας σειράς των πλαισίων, την έκθεση σε αντίστροφο ρεύμα, τον σχεδιασμό εισόδου του μετατροπέα (inverter) και τις τοπικές απαιτήσεις. Η απόφαση πρέπει να υπολογίζεται ή να αιτιολογείται και όχι να αντιγράφεται από έναν γενικό σχεδιασμό.
Χρειάζεται κάθε κουτί συνδυασμού φωτοβολταϊκών ένα SPD;
Πολλά κουτιά συνδυασμού φωτοβολταϊκών περιλαμβάνουν προστασία SPD επειδή οι φωτοβολταϊκές συστοιχίες εκτίθενται σε κίνδυνο υπερτάσεων, αλλά η τελική επιλογή εξαρτάται από την έκθεση της τοποθεσίας, την τάση του συστήματος, τη διάταξη γείωσης, την ευαισθησία του μετατροπέα και τις απαιτήσεις του έργου.
Πού πρέπει να εγκατασταθεί το SPD μέσα στο κουτί συνδυασμού;
Το SPD πρέπει να εγκαθίσταται κοντά στους αγωγούς και τη ζώνη προστασίας που προορίζεται να προστατεύσει, με σύντομα και απευθείας καλώδια προς την κατάλληλη διαδρομή προστασίας. Ακολουθείτε πάντα το διάγραμμα καλωδίωσης του κατασκευαστή του SPD και τη μελέτη γείωσης του έργου.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διακόπτες AC ή αποζεύκτες AC σε ένα κουτί συνδυασμού DC (DC combiner box);
Δεν πρέπει να θεωρούνται κατάλληλοι. Η μεταγωγή και η διακοπή DC είναι πιο απαιτητικές επειδή το ρεύμα δεν διέρχεται φυσικά από το μηδέν. Χρησιμοποιήστε συσκευές που είναι ρητά ονομασμένες για χρήση σε φωτοβολταϊκά συστήματα DC στην απαιτούμενη τάση και ένταση ρεύματος.
Ποιο είναι το πιο συνηθισμένο λάθος στον συντονισμό προστασίας;
Το πιο συνηθισμένο λάθος είναι η ανάθεση λανθασμένου ρόλου στην ακατάλληλη συσκευή: η βασιμότητα σε έναν διακόπτη για τον συντονισμό ασφαλειών στοιχειοσειρών (string-fuse), η αντιμετώπιση ενός αποζεύκτη ως προστασία υπερέντασης ή η εγκατάσταση ενός SPD χωρίς έλεγχο της τάσης και της διάταξης των καλωδίων.
Περίληψη
Ο σχεδιασμός προστασίας του κουτιού συνδυασμού φωτοβολταϊκών είναι ένα πρόβλημα συντονισμού. Οι ασφάλειες, οι αποζεύκτες DC, οι διακόπτες DC και τα SPD επιλύουν το καθένα ένα διαφορετικό μέρος του προφίλ κινδύνου.
Χρήση ασφάλειες συμβολοσειράς για τη διαχείριση του αντίστροφου ρεύματος σε επίπεδο στοιχειοσειράς και της έκθεσης σε σφάλματα. Χρησιμοποιήστε Απομονωτές DC για τοπική αποσύνδεση και απομόνωση. Χρησιμοποιήστε Διακόπτες DC όπου απαιτείται προστασία από υπερένταση και διακοπή κυκλώματος συνεχούς ρεύματος (DC). Χρησιμοποιήστε SPDs για τη μείωση της καταπόνησης από μεταβατικές υπερτάσεις.
Ο καλύτερος σχεδιασμός δεν είναι αυτός με τα περισσότερα εξαρτήματα. Είναι αυτός όπου κάθε εξάρτημα έχει σαφή ρόλο, σωστή ονομαστική τιμή, κατάλληλη θέση και τεκμηριωμένο συντονισμό με το υπόλοιπο φωτοβολταϊκό σύστημα.
