انتخاب دستگاه محافظ سرج (SPD) مناسب، تصمیمی حیاتی برای تضمین طول عمر و قابلیت اطمینان سیستم انرژی خورشیدی شماست. این راهنمای جامع، شما را با عوامل ضروری که هنگام انتخاب SPDها برای نصب فتوولتائیک باید در نظر بگیرید، آشنا می‌کند و به شما کمک می‌کند تا از سرمایه‌گذاری ارزشمند خود در برابر آسیب‌های ناشی از نوسانات برق محافظت کنید.
چرا منظومه شمسی شما به محافظت SPD نیاز دارد؟
سیستم‌های انرژی خورشیدی به دلایل مختلف به طور خاص در برابر آسیب‌های ناشی از نوسانات برق آسیب‌پذیر هستند:
- مکان در معرض دید: آرایه‌های خورشیدی معمولاً در موقعیت‌های مرتفع و در معرض دید نصب می‌شوند.
- کابل‌های بلند: کابل‌های برق DC می‌توانند به عنوان آنتن برای موج‌های القایی عمل کنند.
- قطعات الکترونیکی حساس: اینورترها، سیستم‌های نظارتی و تجهیزات کنترلی حاوی اجزای آسیب‌پذیر هستند.
- جاذبه رعد و برق: آرایه‌های پنل خورشیدی می‌توانند مسیرهای جذابی برای برخورد رعد و برق باشند
بدون محافظت کافی در برابر نوسانات برق، یک صاعقه یا تغییر شبکه می‌تواند هزاران دلار خسارت به اینورترها، کنترل‌کننده‌های شارژ، پنل‌ها و سیستم‌های نظارتی شما وارد کند. حتی نوسانات برق کوچک‌تر و مکرر نیز می‌توانند به مرور زمان اجزای سیستم را تخریب کنند، راندمان را کاهش دهند و طول عمر عملیاتی را کوتاه کنند.
عوامل کلیدی برای انتخاب SPD خورشیدی مناسب
۱. انواع SPD و کاربردهای آنها را بشناسید
SPD ها به سه نوع اصلی طبقه بندی می شوند که هر کدام نیازهای حفاظتی متفاوتی را برآورده می کنند:
SPD های نوع 1:
- برای محافظت در برابر برخورد مستقیم صاعقه استفاده می‌شود.
- نصب شده در نقاط ورودی سرویس یا اتصالات آب و برق
- با شکل موج 10/350μs برای مدیریت پالس‌های پرانرژی آزمایش شده است
- مورد نیاز در ساختمان‌های دارای سیستم حفاظت در برابر صاعقه خارجی
- معمولاً از فناوری شکاف جرقه‌ای استفاده می‌کنند
SPD های نوع 2:
- محافظت در برابر موج‌های القایی و رویدادهای سوئیچینگ
- نصب شده در تابلوهای توزیع یا زیر پنل‌ها
- با شکل موج 8/20μs آزمایش شده است
- استفاده از فناوری وریستور اکسید فلزی (MOV)
- رایج‌ترین نوع مورد استفاده در تاسیسات خورشیدی استاندارد
SPD های نوع 3:
- محافظت دقیق برای تجهیزات ترمینال حساس فراهم کنید
- در نزدیکی دستگاه‌های الکترونیکی خاص نصب شده است
- ظرفیت تخلیه کمتری نسبت به انواع ۱ و ۲ دارند
- اغلب برای سیستم‌های نظارتی و رابط‌های ارتباطی استفاده می‌شود
برای اکثر سیستم‌های خورشیدی مسکونی و تجاری، برای محافظت جامع به ترکیبی از انواع SPD نیاز دارید. SPD های ترکیبی نوع ۱+۲ نیز موجود هستند که ویژگی‌های حفاظتی هر دو نوع را در یک واحد ادغام می‌کنند.
۲. الزامات ولتاژ سیستم خود را ارزیابی کنید
یکی از مهمترین معیارهای انتخاب، تطبیق ولتاژ SPD با الزامات سیستم خورشیدی شما است:
حداکثر ولتاژ عملیاتی مداوم (MCOV یا Uc):
- SPD های سمت DC باید دارای رتبه بندی MCOV بالاتر از حداکثر ولتاژ مدار باز (Voc) سیستم شما باشند.
- به یاد داشته باشید که دمای سرد، ولتاژ آرایه PV را افزایش می‌دهد.
- یک قانون کلی خوب: SPD های DC را با MCOV حداقل 10% بالاتر از حداکثر Voc سیستم انتخاب کنید.
- برای مثال، یک سیستم ۶۰۰ ولت DC به SPDهایی با MCOV حداقل ۶۶۰ ولت DC نیاز دارد.
- SPD های سمت AC باید حداقل 25% از ولتاژ نامی سیستم بیشتر باشند.
استفاده از SPD با MCOV ناکافی منجر به خرابی زودرس و ایجاد خطرات بالقوه آتش‌سوزی خواهد شد، زیرا دستگاه ولتاژ عادی سیستم را به عنوان یک وضعیت افزایش ناگهانی ولتاژ (surge) مشاهده خواهد کرد.
۳. سطح حفاظت ولتاژ (بالا) را بررسی کنید
سطح حفاظت ولتاژ یا ولتاژ مهار، حداکثر ولتاژی را که در طول یک موج ناگهانی به تجهیزات شما می‌رسد، نشان می‌دهد:
- مقادیر پایین‌تر، محافظت بهتری برای اجزای حساس فراهم می‌کنند.
- مقدار Up باید کمتر از میزان مقاومت ضربه‌ای تجهیزات شما باشد.
- برای بهترین محافظت، SPD ای را انتخاب کنید که حداقل 20% کمتر از تلرانس تجهیزات باشد.
- اینورترهای PV معمولی به مقادیر Up زیر 2.5-4 کیلوولت نیاز دارند
هنگام مقایسه SPDها، سطح حفاظت ولتاژ پایین‌تر معمولاً نشان‌دهنده حفاظت برتر است، اما باید با پارامترهای دیگر متعادل شود.
۴. ظرفیت جریان تخلیه مورد نیاز را ارزیابی کنید
دو رتبه‌بندی مهم، توانایی SPD را در مدیریت جریان‌های ناگهانی تعیین می‌کند:
جریان تخلیه اسمی (اینچ):
- نشان می‌دهد که SPD می‌تواند چه مقدار جریان ناگهانی را به طور مکرر تحمل کند.
- مقادیر بالاتر به معنای دوام بهتر در برابر نوسانات مکرر برق است
- برای SPD های نوع ۲ در کاربردهای خورشیدی، به دنبال ورودی با رتبه‌بندی ۱۰-۲۰ کیلوآمپر یا بالاتر باشید.
حداکثر جریان تخلیه (Imax):
- بالاترین جریان موجی منفرد که SPD می‌تواند با خیال راحت منحرف کند
- دستگاه‌های نوع ۲ معمولاً بین ۴۰ تا ۸۰ کیلوآمپر جریان دارند
- سیستم‌هایی که در مناطق با رعد و برق بالا قرار دارند باید از رتبه‌بندی‌های بالاتر استفاده کنند.
- SPD های نوع 1 به جای آن از جریان تخلیه ضربه ای (Iimp) استفاده می کنند.
این رتبه‌بندی‌ها را بر اساس خطر رعد و برق و اهمیت سیستم در محل خود متعادل کنید. مناطقی که رعد و برق مکرر دارند، نسبت به مناطقی که فعالیت رعد و برق کمی دارند، به رتبه‌بندی بالاتری نیاز دارند.
۵. جریان اتصال کوتاه (SCCR) را در نظر بگیرید
SCCR حداکثر جریان اتصال کوتاه احتمالی را که SPD می‌تواند در صورت خرابی به طور ایمن تحمل کند، مشخص می‌کند:
- SCCR مربوط به SPD باید برابر یا بیشتر از جریان خطای موجود در نقطه نصب آن باشد.
- این یک الزام ایمنی اجباری در بسیاری از کدهای الکتریکی است
- SPD های DC در سیستم‌های PV ولتاژ بالا با چالش‌های قابل توجهی در مدیریت جریان خطا مواجه هستند.
- برخی از SPDها برای دستیابی به SCCR مشخص شده خود، به دستگاه‌های حفاظت اضافه جریان خارجی نیاز دارند.
۶. تعیین محل بهینه SPD
قرار دادن استراتژیک SPD ها برای محافظت مؤثر از منظومه شمسی بسیار مهم است:
دستورالعمل‌های قرارگیری سمت DC:
«قانون کمتر از ۱۰ متر» به طور گسترده در صنعت پذیرفته شده است:
- اگر طول کابل DC کمتر از 10 متر باشد: یک مجموعه SPD در ورودی DC اینورتر معمولاً کافی است.
- اگر طول کابل DC از 10 متر بیشتر است: دو مجموعه SPD نصب کنید - یکی نزدیک آرایه PV (در جعبه‌های ترکیبی) و دیگری در ورودی اینورتر
برای سیستم‌های بزرگتر، حفاظت را در این نکات کلیدی در نظر بگیرید:
- سطح آرایه: نصب SPDها در جعبه‌های ترکیبی برای آرایه‌های توزیع‌شده
- ورودی DC اینورتر: SPD ها را بلافاصله قبل از ورودی های DC اینورتر نصب کنید
- سطح رشته: برای سیستم‌هایی با چندین رشته، حفاظت در سطح رشته را در نظر بگیرید.
قرار دادن سمت AC:
- نقطه اتصال شبکه: حفاظت اولیه در تابلوی اصلی سرویس
- خروجی AC اینورتر: حفاظت ثانویه نزدیک اینورتر
- تابلوهای توزیع: حفاظت اضافی در زیر تابلوهای سیستم‌های بزرگتر
همچنین حفاظت از سیستم‌های ارتباطی و نظارتی را که اغلب به نوسانات برق بسیار حساس هستند، در نظر بگیرید.
۷. بررسی انطباق با استانداردهای مربوطه
تأیید کنید که SPD های انتخابی شما با استانداردهای مربوطه مطابقت دارند:
- IEC 61643-31: استاندارد مخصوص SPDها در کاربردهای فتوولتائیک
- IEC 61643-32: اصول انتخاب و کاربرد برای SPD های PV
- UL 1449: استاندارد ایمنی برای SPDها در آمریکای شمالی
- سری IEC 62305: استانداردهای سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه
- ماده 690.7(C) قانون ملی برق (NEC): الزامات قانون ملی برق
محصولاتی که مطابق با استاندارد UL 1449 با نام نوع ۱ یا نوع ۲ هستند، عموماً برای کاربردهای فتوولتائیک در آمریکای شمالی پذیرفته می‌شوند.
۸. ارزیابی تأثیر حفاظت از صاعقه خارجی
اگر ساختمان شما دارای سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) خارجی است، باید «فاصله جداسازی» بین آن و سیستم فتوولتائیک خود را در نظر بگیرید:
- اگر فاصله جداسازی قابل حفظ باشد: SPD های نوع ۲ ممکن است کافی باشند
- اگر فاصله جداسازی قابل حفظ نباشد: SPD های نوع ۱ اجباری می‌شوند
این یک ملاحظه اساسی در طراحی است که به طور قابل توجهی بر استراتژی انتخاب SPD شما تأثیر می‌گذارد.
۹. پیکربندی اتصال زمین سیستم خود را بشناسید
پیکربندی‌های مختلف اتصال زمین به طرح‌های اتصال SPD خاصی نیاز دارند:
پیکربندی‌های جانبی DC:
- اتصال زمین عملکردی: یک قطب جریان مستقیم به زمین متصل است
- زمین شده با مقاومت بالا: قطب DC از طریق مقاومت به زمین متصل است
- بدون اتصال به زمین/شناور: هیچ یک از قطب‌ها مستقیماً به زمین متصل نیستند
تنظیمات جانبی AC:
- سیستم‌های TN-C، TN-S، TN-CS
- سیستم‌های TT
- سیستم‌های فناوری اطلاعات
هر پیکربندی برای تضمین حفاظت مؤثر، به یک طرح اتصال SPD خاص نیاز دارد. به عنوان مثال، سیستم‌های PV بدون اتصال به زمین (IT) اغلب برای حفاظت جامع به SPDهایی با «پیکربندی Y» نیاز دارند.
بهترین شیوه‌های نصب برای عملکرد بهینه SPD
طول کابل‌های اتصال را به حداقل برسانید
سیم‌کشی فیزیکی یک SPD به طور قابل توجهی بر عملکرد آن تأثیر می‌گذارد:
- سیم‌های رابط را تا حد امکان کوتاه نگه دارید
- طول ایده‌آل کل کابل‌ها باید کمتر از 0.5 متر باشد.
- هرگز طول کل اتصال از ۱ متر تجاوز نکند
- از خمیدگی‌های تیز در هادی‌ها خودداری کنید زیرا باعث افزایش اندوکتانس می‌شوند
در طول جریان‌های ناگهانی با افزایش سریع، حتی طول‌های کوتاه سیم اتصال نیز افت ولتاژ القایی قابل توجهی ایجاد می‌کنند. این مستقیماً به ولتاژ کلمپ SPD اضافه می‌شود و به طور بالقوه حفاظت را به خطر می‌اندازد.
از اندازه مناسب هادی اطمینان حاصل کنید
- برای SPD های نوع ۲، از رساناهای مسی با حداقل سطح مقطع ۶ میلی‌متر مربع برای اتصال زمین حفاظتی استفاده کنید.
- برای SPD های نوع ۱، از مس ۱۶ میلی‌متر مربع یا بزرگتر برای اتصالات زمین حفاظتی استفاده کنید.
- هادی‌های برقدار اگر بزرگتر نباشند، باید حداقل برابر با سیم‌کشی سیستم باشند.
- همیشه توصیه‌های سازنده و استانداردهای مربوطه را رعایت کنید
کابل‌ها را به طور مناسب مسیریابی کنید
- کابل‌های AC، DC و داده را به همراه رساناهای همبندی هم پتانسیل مربوطه، مسیردهی کنید.
- این امر باعث کاهش مساحت حلقه‌های تشکیل شده توسط سیم‌کشی شده و اضافه ولتاژهای القایی را به حداقل می‌رساند.
- ایجاد مسیرهای کابلی مشخص که قرار گرفتن در معرض تداخل الکترومغناطیسی را به حداقل برساند
الزامات نگهداری برای حفاظت بلندمدت
حتی بهترین SPD ها هم طول عمر محدودی دارند:
- اکثر SPD های با کیفیت، در شرایط عادی، عمر مفید مورد انتظار 10 تا 15 سال دارند.
- شاخص‌های بصری باید به طور منظم برای علائم فعال شدن یا خرابی SPD بررسی شوند.
- برای نصب‌های حساس، SPDهایی با قابلیت نظارت از راه دور را انتخاب کنید
- حتی اگر هیچ آسیب خارجی قابل مشاهده نباشد، SPD ها را پس از وقایع بزرگ افزایش ولتاژ تعویض کنید
- برنامه‌های بازرسی منظم، به ویژه قبل از فصول طوفان، تنظیم کنید.
اشتباهات رایج در انتخاب SPD که باید از آنها اجتناب کرد
هنگام انتخاب محافظ ولتاژ برای سیستم خورشیدی خود، از این اشتباهات رایج اجتناب کنید:
- محافظت در برابر کمبود ظرفیت: انتخاب SPDهایی با ظرفیت ناکافی برای مدیریت انرژی
- نادیده گرفتن عملکرد حرارتی: عدم در نظر گرفتن دمای بالا در محفظه‌های فضای باز
- نادیده گرفتن هماهنگی: نصب SPD های ناهماهنگ که به درستی اتلاف انرژی را هماهنگ نمی‌کنند
- حفاظت ناقص: فقط از سمت DC یا AC محافظت می‌کند و آسیب‌پذیری‌هایی را باقی می‌گذارد.
- استفاده از SPD های AC برای حفاظت DC: SPD های AC و DC به دلیل قابلیت های مختلف خاموش کردن قوس، قابل تعویض نیستند.
- به خطر انداختن کیفیت: انتخاب ارزان‌ترین گزینه به جای دستگاه‌های دارای گواهینامه‌ی معتبر
- اتصال زمین نامناسب: نصب حتی بهترین SPDها با سیستم‌های اتصال زمین نامناسب
- نشانگرهای مفقود: انتخاب دستگاه‌هایی بدون نشانگر وضعیت، تعمیر و نگهداری را دشوار می‌کند
نتیجه‌گیری: محافظت از سرمایه‌گذاری خورشیدی شما
انتخاب SPD مناسب برای سیستم خورشیدی شما نیاز به بررسی دقیق ویژگی‌های سیستم، عوامل محیطی و الزامات حفاظتی دارد. با ارزیابی صحیح نیازهای خود و اجرای یک استراتژی حفاظتی هماهنگ، می‌توانید خطر آسیب‌های ناشی از نوسانات برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهید.
این نکات کلیدی را به خاطر بسپارید:
- SPD هایی را انتخاب کنید که به طور خاص برای کاربردهای فتوولتائیک طراحی و رتبه بندی شده اند
- ولتاژهای نامی را با نیازهای سیستم خود مطابقت دهید
- پیاده‌سازی حفاظت در هر دو طرف DC و AC
- سطوح حفاظتی مناسب را بر اساس ریسک جغرافیایی صاعقه انتخاب کنید
- اطمینان از نصب صحیح طبق دستورالعمل سازنده
- SPD ها را طبق برنامه های توصیه شده نگهداری و تعویض کنید
سرمایه‌گذاری نسبتاً کوچک در محافظت از نوسانات برق باکیفیت می‌تواند از هزاران دلار خسارت احتمالی و از کارافتادگی سیستم جلوگیری کند. در مورد محافظت از سیستم خورشیدی خود کوتاهی نکنید - این یک جزء ضروری برای اطمینان از بازگشت سرمایه شما در انرژی‌های تجدیدپذیر برای دهه‌های آینده است.
مرتبط
10 تولیدکننده برتر دستگاه محافظ برق (SPD) در سال 2025: راهنمای جامع برای محافظت از برق با کیفیت
