طراحی حفاظت جعبه ترکیبی خورشیدی به معنای پر کردن محفظه با بیشترین تعداد تجهیزات حفاظتی ممکن نیست. بلکه به معنای تعیین وظیفه صحیح برای هر دستگاه و اطمینان از عملکرد هماهنگ آنها در شرایط واقعی عملیاتی فتوولتائیک (PV) است.
در یک جعبه ترکیبی PV با طراحی مناسب:
- فیوزهای رشته ای جریان معکوس و مواجهه با خطاهای سطح رشته (String) را مدیریت میکند.
- ایزولاتورهای DC در صورت انتخاب برای کاربرد DC در سیستمهای PV، امکان قطع دستی ایمن را فراهم میکند.
- بریکرهای جریان مستقیم حفاظت در برابر جریان اضافه نامی و عملکردهای سوئیچینگ/ایزولاسیون را تنها در محدوده کاربردهای تستشده ارائه میدهد.
- دستگاههای حفاظت در برابر ولتاژ ضربه (SPDs) ولتاژهای گذرا ناشی از صاعقه یا کلیدزنی را محدود میکنند.
رایجترین خطای طراحی، اشتباه گرفتن نقش تجهیزات است. یک ایزولاتور DC فیوز نیست. یک فیوز، کلید قطعکننده سرویس نیست. یک SPD دستگاه حفاظت در برابر جریان اضافه نیست. وجود یک کلید DC به طور خودکار نیاز به ارزیابی فیوزینگ رشتهها را از بین نمیبرد. طراحی حفاظتی مناسب با تفکیک دقیق این عملکردها آغاز میشود.
اگر ابتدا به پیشزمینه گستردهتری نیاز دارید، به what a solar combiner box does یا راهنمای جعبه کمباینر خورشیدی. مراجعه کنید. این مقاله به طور خاص بر هماهنگی حفاظتی تمرکز دارد.
مقایسه دستگاههای حفاظتی جعبه کمباینر خورشیدی
| دستگاه | نقش اصلی در جعبه کمباینر | آنچه جایگزین آن نمیشود | بررسیهای کلیدی انتخاب |
|---|---|---|---|
| فیوز رشتهای (استرینگ) | محافظت از هادیها/ماژولهای رشتهای در مواردی که جریان معکوس از رشتههای موازی ممکن است از حد مجاز فراتر رود | طراحی چیدمان ایزولاتور DC، برقگیر (SPD)، کلید فیدر و تابلو | فیوز با استاندارد gPV/PV، ولتاژ نامی، جریان نامی، حداکثر جریان فیوز سری ماژول، جریان نامی پایه فیوز |
| جداکننده DC | فراهمسازی امکان قطع دستی محلی برای تعمیر و نگهداری یا دسترسی اضطراری | حفاظت در برابر جریان اضافه، حفاظت در برابر اضافه ولتاژ، هماهنگی فیوزهای رشتهای | ولتاژ/جریان نامی DC، دستهبندی بهرهبرداری، آرایش قطبها، قابلیت ایزولاسیون، و ظرفیت قطع بار در صورت نیاز |
| قطع کننده جریان مستقیم | فراهمکننده حفاظت در برابر جریان اضافه با درجهبندی DC و در صورت طراحی، قابلیت سوئیچینگ/ایزولاسیون | تصمیمگیری در مورد فیوز هر رشته (استرینگ)، برقگیر (SPD) و الزامات کلید جداکننده مخصوص سیستمهای فتوولتائیک | ظرفیت قطع DC، ولتاژ نامی، پلاریته، سیمکشی قطبها، منحنی قطع/جریان نامی و استانداردهای مربوطه |
| اس پی دی | محدود کردن اضافه ولتاژهای گذرا و هدایت جریانهای ضربهای از طریق مسیر حفاظتی تعریفشده | حفاظت در برابر جریان اضافه، قطع خطا، جداسازی و اصلاح پلاریته معکوس | پارامترهای Ucpv/MCOV، Up، In/Imax یا Iimp بر حسب مورد، نوع ۱/نوع ۲، حفاظت پشتیبان، طول کابل و مسیر اتصال به زمین |
این جدول پایه و اساس است. اگر در طراحی، این چهار دستگاه به عنوان قطعات قابل جایگزینی در نظر گرفته شوند، طرح حفاظتی کامل به نظر میرسد اما در شرایط واقعی بروز خطا، تعمیر و نگهداری یا نوسانات ولتاژ، عملکرد ضعیفی خواهد داشت.
چرا هماهنگی حفاظتی در جعبههای ترکیبی (Combiner Box) خورشیدی اهمیت دارد
یک جعبه ترکیبی خورشیدی، چندین رشته فتوولتائیک را پیش از اتصال به اینورتر یا مرحله حفاظتی DC پاییندست، با هم ترکیب میکند. این نقطه همگرایی، خطرات متعددی ایجاد میکند:
- جریان معکوس از رشتههای سالم به سمت رشته دارای خطا
- دشواری در قطع قوس الکتریکی DC
- جریان بیش از حد در مدار خروجی ترکیبی
- اضافه ولتاژ گذرا ناشی از صاعقه یا نوسانات کلیدزنی
- تمرکز حرارت در داخل محفظههای فضای باز
- خطر دسترسی برای تعمیر و نگهداری در صورت عدم شفافیت در قطعکنندهها و برچسبگذاری
این جعبه تنها یک محل اتصال سیمکشی نیست، بلکه یک مرز حفاظتی است. انتخاب یک قطعه ضعیف در بخشی از جعبه میتواند عملکرد کل سیستم را تضعیف کند.
برای مثال، یک فیوز رشتهای ممکن است یک رشته را در برابر جریان معکوس محافظت کند، اما نقطه قطع محلی مناسبی برای سرویس ارائه نمیدهد. یک ایزولاتور DC ممکن است تعمیر و نگهداری را ایمنتر کند، اما مانند یک تجهیز حفاظتی با درجهبندی مناسب، قادر به رفع اتصال کوتاه نیست. یک برقگیر (SPD) ممکن است در برابر اضافه ولتاژهای گذرا محافظت کند، اما نمیتواند جریان خطای پایدار را قطع کند.
به همین دلیل است که طرح حفاظتی باید به عنوان یک سیستم طراحی شود، نه به عنوان مجموعهای از قطعات کاتالوگی.
استانداردها و درجهبندیهایی که باید مد نظر قرار گیرند
چارچوب استاندارد دقیق به منطقه، مشخصات پروژه، کلاس ولتاژ و گواهینامههای محصول بستگی دارد. به طور کلی، طراحان معمولاً با موارد زیر مواجه میشوند:
| ناحیه | چارچوب استاندارد رایج | چرا مهم است |
|---|---|---|
| فیوزهای رشتهای فتوولتائیک | مفاهیم فیوزهای IEC 60269-6 / gPV و الزامات فیوزهای فتوولتائیک (PV) مختص استاندارد UL/بازار | فیوزهای PV باید جریان خطای DC را در شرایط فتوولتائیک قطع کنند |
| کلیدهای جداکننده (ایزولاتور) DC | کلیدهای جداکننده مطابق با استاندارد IEC 60947-3 و مفهوم دستهبندی بهرهبرداری | عملیات قطع و جداسازی DC باید برای کاربرد مورد نظر تایید شده باشد |
| قطع کنندههای مدار DC | استاندارد IEC 60947-2 یا سایر استانداردهای مربوط به کلیدهای اتوماتیک DC | ظرفیت قطع و ولتاژ نامی DC باید با شرایط سیستم مطابقت داشته باشد |
| برقگیرهای (SPD) سیستمهای فتوولتائیک DC | استاندارد IEC 61643-31 برای برقگیرها (SPD) متصل به سمت DC در تاسیسات فتوولتائیک | ولتاژ، جریان ضربه و رفتار خرابی برقگیرهای DC با برقگیرهای معمولی AC متفاوت است |
| طراحی آرایه فتوولتائیک | چارچوبهای نصب مطابق با استانداردهای IEC 62548 / IEC 60364-7-712 به همراه مقررات محلی | حفاظت در برابر جریان اضافه، قطعکنندهها، اتصال زمین و سایزبندی کابلها به نوع نصب بستگی دارد |
این مراجع را به عنوان یک چکلیست جهانی برای همه کشورها در نظر نگیرید. اینها مبانی طراحی هستند. انتخاب نهایی محصول باید مطابق با بازار هدف، مشخصات پروژه، دیتاشیتهای سازنده و مقررات محلی باشد.
گام ۱: تعیین وظیفه جعبه ترکیبی (Combiner Box) فتوولتائیک
پیش از انتخاب فیوزها، جداکنندهها، کلیدهای اتوماتیک یا برقگیرها، مشخص کنید که از جعبه ترکیبی چه انتظاری میرود.
ابتدا این سوالات را بپرسید:
- چند رشته (استرینگ) فتوولتائیک وارد جعبه میشود؟
- حداکثر ولتاژ DC سیستم چقدر است؟
- آیا جعبه در نزدیکی آرایه، نزدیکی اینورتر یا در نقطه انتقال دیگری نصب شده است؟
- آیا جعبه فقط رشتهها را ترکیب میکند یا باید ایزولاسیون محلی نیز فراهم کند؟
- آیا اینورتر از قبل دارای حفاظت ورودی یا قابلیت قطعکنندگی است؟
- آیا سیستم شناور (Floating)، زمینشده (Grounded) یا بدون ترانسفورماتور (Transformerless) است؟
- چه شرایطی برای حفاظت در برابر صاعقه و سیستم ارتینگ اعمال میشود؟
- آیا کلاس ولتاژ تاسیسات ۶۰۰ ولت، ۱۰۰۰ ولت، ۱۵۰۰ ولت یا کلاس دیگری است؟
اگر کلاس ولتاژ هنوز تعیین نشده است، به این بخش مراجعه کنید مقایسه رتبهبندیهای جعبه ترکیبی خورشیدی ۶۰۰ ولت، ۱۰۰۰ ولت و ۱۵۰۰ ولت و راهنمای انطباق جعبه ترکیبی خورشیدی ۱۰۰۰ ولت.
گام دوم: هماهنگسازی فیوزهای استرینگ
فیوزهای استرینگ عمدتاً برای محافظت در برابر جریان معکوس و مواجهه با جریان خطا در سطح استرینگ هستند. زمانی که چندین استرینگ به صورت موازی متصل میشوند و یک استرینگ معیوب ممکن است از سایر استرینگها جریان دریافت کند، اهمیت آنها دوچندان میشود.
تصمیمگیری در مورد فیوز استرینگ نباید از روی عادت باشد. این تصمیم باید بر اساس موارد زیر انجام شود:
- تعداد استرینگهای موازی
- جریان اتصال کوتاه ماژول و انتظارات جریان تنظیمشده بر اساس دما
- حداکثر درجه فیوز سری تعیینشده توسط سازنده ماژول
- ظرفیت جریاندهی هادی رشته (استرینگ)
- طراحی ورودی اینورتر
- local code or project standard
- درجه ولتاژ و جریان DC نگهدارنده فیوز
عملکرد مطلوب فیوزهای رشتهای
فیوزهای رشتهای برای حفاظت انتخابی در سطح رشته بسیار قدرتمند هستند. اگر یک رشته دچار خطا شود، فیوز میتواند به محدود کردن آسیب به همان رشته کمک کرده و احتمال تغذیه مداوم خطا توسط رشتههای موازی را کاهش دهد.
عملکردهایی که فیوزهای رشتهای انجام نمیدهند
فیوزهای رشتهای (String fuses) ایزولاسیون دستی برای کل خروجی کمباینر فراهم نمیکنند. آنها جایگزین حفاظت در برابر نوسانات ولتاژ (Surge protection) نیستند. آنها مشکل مسیریابی نامناسب هادیها یا تراکم حرارتی را حل نمیکنند. همچنین، استفاده از آنها باعث نمیشود که یک نگهدارنده فیوز با درجهبندی AC برای کاربردهای DC فتوولتائیک مناسب باشد.
| نقطه طراحی فیوز | رویکرد صحیح | اشتباه رایج |
|---|---|---|
| نوع فیوز | از لینکهای فیوز و نگهدارندههای دارای درجهبندی PV/DC متناسب با کلاس ولتاژ استفاده کنید | انتخاب یک فیوز عمومی AC صرفاً به دلیل مناسب بودن درجه آمپر آن |
| محدودیت ماژول | حداکثر درجهبندی فیوز سری ماژول را بررسی کنید | بیشسایز کردن (Oversizing) فیوزها فراتر از مستندات ماژول |
| رشتههای موازی | ارزیابی سهم جریان معکوس | افزودن یا حذف فیوزها بدون بررسی معماری رشتهها |
| طراحی پایه فیوز | تطبیق ولتاژ، جریان، حرارت و دسترسی سرویس پایه فیوز | استفاده از پایهای که بیش از حد داغ میشود یا سرویس آن دشوار است |
برای پشتیبانی فنی بیشتر در مورد فیوز، مراجعه کنید به فیوز AC در مقابل فیوز DC, قدرت قطع فیوز DC برای سیستمهای فتوولتائیک (PV)، و جلوگیری از قطع ناخواسته فیوز در جعبههای ترکیبی خورشیدی (Combiner Boxes).
گام ۳: تعیین نقش جداکننده DC
از یک جداکننده DC برای قطع مدار فتوولتائیک (PV) استفاده میشود تا سرویس تجهیزات با ایمنی بیشتری انجام گیرد. در جعبه ترکیبی (Combiner Box)، این قطعه ممکن است در سمت خروجی ترکیبی یا به عنوان بخشی از یک استراتژی قطع محلی گستردهتر نصب شود.
نکته مهم این است که جداکننده DC در درجه اول یک دستگاه سوئیچینگ و ایزولاسیون است, ، نه یک دستگاه حفاظت در برابر جریان اضافه.
موارد قابل بررسی برای یک جداکننده DC
- ولتاژ نامی DC تحت شرایط حداکثر ولتاژ مدار باز PV
- جریان عملیاتی نامی
- قابلیت قطع تحت بار، در صورتی که قرار باشد زیر بار باز شود
- پیکربندی قطبها و الزامات سیمکشی قطبهای سری
- محدودیتهای پلاریته (قطبیت)، در صورت وجود
- مناسب بودن برای کاربردهای DC فتوولتائیک (PV)
- قفلشو بودن دسته و نشانگر واضح وضعیت روشن/خاموش (ON/OFF)
- یکپارچهسازی با محفظه (تابلو) و نحوه ورود کابلها
کلیدزنی DC با کلیدزنی AC متفاوت است. دستگاهی که برای مدار AC مناسب است، لزوماً برای کاربرد DC فتوولتائیک ایمن نیست. قوسهای الکتریکی DC به طور طبیعی از نقطه صفر جریان عبور نمیکنند، بنابراین فاصله کنتاکتهای داخلی، محفظه جرقه، سیستم آهنربایی و آرایش قطبها اهمیت حیاتی دارند.
برای اطلاعات بیشتر، مراجعه کنید به سوئیچ ایزولاتور DC چیست؟, ایزولاتور DC در مقابل سوئیچ ایزولاتور AC، و نحوه خواندن ردهبندیهای کلید جداکننده DC.
آیا ایزولاتور DC و بریکر DC میتوانند جایگزین یکدیگر شوند؟
گاهی اوقات، اما تنها زمانی که عملکرد مورد نیاز یکسان باشد. یک ایزولاتور DC و یک بریکر DC هر دو میتوانند در خروجی جعبه ترکیبی (Combiner Box) قرار گیرند و اگر برای سرویس DC فتوولتائیک دارای درجهبندی مناسب باشند، هر دو ممکن است برای قطع مدار PV استفاده شوند. اما این تجهیزات به طور خودکار قابل جایگزینی با یکدیگر نیستند.
قاعده عملی این است:
- اگر کار شامل فقط قطع دستی / ایزولاسیون باشد, ، یک ایزولاتور DC با درجهبندی مناسب معمولاً انتخاب بهتری است.
- اگر کار شامل حفاظت در برابر جریان اضافه یا قطع جریان خطا باشد, ، یک بریکر DC یا استراتژی حفاظتی مبتنی بر فیوز مورد نیاز است.
- اگر از یک کلید قطعکننده جریان مستقیم (DC breaker) به عنوان دستگاه خروجی اصلی استفاده شود، تنها در صورتی میتواند جایگزین یک جداکننده (isolator) مجزا شود که آن کلید برای وظیفه جداسازی/سوئیچینگ مورد نیاز نیز رتبهبندی و تایید شده باشد.
- اگر فیوزهای رشتهای و تجهیزات حفاظتی بالادست/پاییندست، حفاظت در برابر جریان اضافه را انجام میدهند، خروجی جعبه ترکیبی (combiner box) ممکن است تنها برای قطع سرویس به یک جداکننده DC نیاز داشته باشد.
| Scenario | انتخاب اول بهتر | چرا |
|---|---|---|
| جعبه ترکیبی پیش از سرویس اینورتر، تنها به قطعکننده دستی محلی نیاز دارد | جداکننده DC | دستگاه سادهتر برای سوئیچینگ/جداسازی در مواردی که حفاظت در برابر جریان اضافه در جای دیگری انجام میشود |
| کابل خروجی از جعبه ترکیبی به حفاظت در برابر جریان اضافه نیاز دارد | حفاظت مبتنی بر کلید DC یا فیوز | جداکننده به تنهایی قادر به رفع خطاهای جریان اضافه یا اتصال کوتاه نیست |
| پروژه برای سوئیچینگ، جداسازی و حفاظت در برابر جریان اضافه به یک دستگاه خروجی نیاز دارد | کلید اتوماتیک DC، در صورتی که برای تمام عملکردهای مورد نیاز دارای رتبهبندی باشد | باید ظرفیت قطع جریان DC، علامتگذاری/عملکرد جداسازی، ولتاژ، تعداد پلها و تناسب با کاربرد بررسی شود |
| رشتههای موازی متعدد از قبل دارای فیوز رشتهای هستند و حفاظت ورودی اینورتر مشخص شده است | ممکن است یک جداکننده DC در خروجی جعبه ترکیبی (Combiner) کافی باشد | بستگی به آییننامههای محلی، طراحی اینورتر، حفاظت فیدر و مشخصات پروژه دارد |
| مدار رشته/آرایه فتوولتائیک ولتاژ بالا که در آن سوئیچینگ تحت بار مورد نیاز است | جداکننده DC با رتبه PV یا کلید اتوماتیک DC با قابلیت قطع تحت بار | باید دستهبندی بهرهبرداری یا رتبهبندی DC فتوولتائیک (PV) سازنده بررسی شود |
| نقطه قفلگذاری تعمیر و نگهداری در آرایه یا جعبه ترکیبی (Combiner) الزامی است | جداکننده (ایزولاتور) یا کلید اتوماتیک DC قابل قفلگذاری مناسب برای ایزولاسیون | الزام کلیدی، وجود یک عملکرد ایزولاسیون با رتبهبندی مشخص و قابل قفلگذاری است |
بنابراین بله، این محصولات ممکن است در برخی چیدمانها جایگزین یکدیگر شوند، اما تنها پس از اینکه طراح نقش دقیق آنها را مشخص کند: ایزولاسیون، کلیدزنی بار، حفاظت در برابر جریان اضافه، یا ترکیبی از اینها. در یک جعبه ترکیبی PV، بهترین انتخاب بر اساس نام محصول نیست؛ بلکه بر اساس این است که کدام عملکرد حفاظتی در کل سیستم وجود ندارد.
گام ۴: کلیدهای اتوماتیک DC را با دقت انتخاب کنید
کلیدهای اتوماتیک DC اغلب در خروجی ترکیبی یک جعبه ترکیبی یا در مراحل پاییندست حفاظت DC استفاده میشوند. آنها ممکن است حفاظت در برابر جریان اضافه، کلیدزنی و گاهی ایزولاسیون را فراهم کنند، اما تنها زمانی که دستگاه دارای رتبهبندی مناسب بوده و به درستی به کار گرفته شود.
کلید اتوماتیک باید از نظر موارد زیر بررسی شود:
- ولتاژ نامی جریان مستقیم (DC)
- جریان نامی
- ظرفیت قطع در شرایط جریان مستقیم (DC)
- پیکربندی قطبها و الزامات اتصال سری
- علامتگذاری قطبیت یا طراحی غیرقطبی
- رفتار تریپ و تناسب با عملکرد مدارات فتوولتائیک (PV)
- هماهنگی با فیوزهای بالادست و حفاظت اینورتر پاییندست
- دمای نصب و کاهش توان نامی (Derating) در محفظه
کلید مینیاتوری در مقابل کلید ایزولاتور: عملکردها را با هم اشتباه نگیرید
یک کلید قطعکننده DC و یک جداکننده DC ممکن است از بیرون محفظه مشابه به نظر برسند، بهویژه زمانی که هر دو از دسته گردان یا فرمت ریل DIN استفاده میکنند. وظیفه طراحی آنها متفاوت است.
| دستگاه | نقش اصلی | ریسک کلیدی در صورت استفاده نادرست |
|---|---|---|
| جداکننده DC | قطع و جداسازی دستی | ممکن است قادر به رفع خطاهای اضافه جریان یا اتصال کوتاه نباشد |
| قطع کننده جریان مستقیم | حفاظت در برابر اضافه جریان و قطع مدار در محدوده نامی | ممکن است به عنوان جداکننده محلی مورد نیاز مناسب نباشد، مگر اینکه برای آن نقش علامتگذاری یا رتبهبندی شده باشد |
| فیوز DC | حفاظت سریع در سطح رشته یا هادی | این دستگاه برای قطع و وصلهای متداول و روزمره مناسب نیست |
برای جزئیات مجاور، رجوع شود به قطع کننده مدار DC چیست؟, نحوه انتخاب کلید مینیاتوری DC, کلید مدار DC در مقابل فیوز، و جداکننده DC در مقابل کلید اتوماتیک DC.
گام ۵: انتخاب و نصب برقگیر (SPD)
برقگیرها (SPD) در برابر اضافه ولتاژهای گذرا محافظت میکنند. در سیستمهای فتوولتائیک، نوسانات ممکن است ناشی از اثرات صاعقه، عملیات کلیدزنی در نزدیکی، طول زیاد کابلها یا تعاملات سیستم زمین باشد. برقگیر در جعبه کمباینر یک وسیله تزئینی نیست؛ بلکه باید بر اساس سیستم DC واقعی انتخاب شود.
بررسیهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- Ucpv یا حداکثر ولتاژ کارکرد مداوم مناسب برای ولتاژ DC سیستمهای فتوولتائیک
- سطح حفاظت ولتاژ (بالا)
- مقادیر جریان تخلیه اسمی و حداکثر جریان تخلیه بر حسب مورد
- الزامات نوع ۱، نوع ۲ یا ترکیبی (۱+۲) بر اساس مفهوم حفاظتی
- الزامات حفاظت پشتیبان
- نشانگر خطا و سیگنالدهی از راه دور، در صورت نیاز
- حالت اتصال و آرایش سیستم زمین
- مسیردهی کوتاه و کنترلشده هادیها
اهمیت محل قرارگیری برقگیر (SPD)
یک برقگیر با مشخصات فنی مناسب، در صورت نصب با هادیهای بلند و دارای حلقه، عملکرد ضعیفی خواهد داشت. جریان ضربه عبوری از هادیهای بلند، افت ولتاژ اضافی ایجاد میکند. در عمل، سطح حفاظت موثر در اینورتر یا تجهیزات DC میتواند بدتر از مقدار Up درج شده روی برقگیر باشد.
برقگیر را بهگونهای نصب کنید که مسیر اتصال آن کوتاه، مستقیم و مطابق با نقشه سیمکشی سازنده و مفهوم سیستم زمین پروژه باشد.
برای انتخاب دقیقتر SPD، مراجعه کنید به چگونه SPD مناسب را برای سیستم انرژی خورشیدی خود انتخاب کنید, SPD نوع 1 در مقابل نوع 2 در مقابل نوع 3, Uc و Up در SPD, کجا SPD ها را نصب کنیم، و اشتباهات نصب SPD.
یک گردش کار عملی برای هماهنگی حفاظتی
ایمنترین رویکرد، اولویتبندی تصمیمات است.
| قدم | اقدام طراحی | چرا مهم است |
|---|---|---|
| 1 | تعیین ولتاژ سیستم، تعداد رشتهها و آرایش ورودی اینورتر | تعیین کل محدوده حفاظتی |
| 2 | ارزیابی میزان مواجهه با جریان معکوس در سطح رشته (استرینگ) | تعیین نیاز به فیوز و نقش آن |
| 3 | انتخاب فیوز و پایه فیوز مخصوص سیستمهای فتوولتائیک (PV) در صورت نیاز | جلوگیری از فرضیات نادرست در مورد فیوزهای AC یا عمومی |
| 4 | تعیین نیاز به ایزولاسیون محلی | تعیین نیاز به کلید ایزولاتور DC و محل قرارگیری آن |
| 5 | انتخاب کلید اتوماتیک (بریکر) خروجی یا تجهیز حفاظتی در صورت نیاز | هماهنگسازی حفاظت فیدر و عملکرد کلیدزنی |
| 6 | انتخاب برقگیر (SPD) بر اساس ولتاژ، میزان در معرض خطر بودن و سیستم اتصال زمین | جلوگیری از انتخاب عمومی و غیرتخصصی برقگیر (SPD) |
| 7 | بررسی چیدمان، حرارت، مسیر کابلکشی و دسترسی جهت سرویسدهی | جلوگیری از خرابیهای میدانی که در نقشههای شماتیک قابل مشاهده نیستند |
این گردش کار مانع از انحراف طراحی به سمت الگوی رایج “یک دستگاه برای همه چیز” میشود. همچنین دفاع از لیست اقلام (BOM) را در طول بازبینی پروژه آسانتر میکند.
الگوهای حفاظتی متداول
| الگوی جعبه ترکیبی (Combiner Box) فتوولتائیک | نقش فیوز | نقش جداکننده جریان مستقیم (DC) | نقش کلید اتوماتیک جریان مستقیم (DC) | نقش برقگیر (SPD) |
|---|---|---|---|---|
| آرایه کوچک با تعداد کمی رشته موازی | ممکن است به شدت به محدودیتهای ماژول و آییننامههای محلی بستگی داشته باشد | اغلب برای قطع سرویس استفاده میشود | ممکن است در پاییندست یا در جای دیگری ادغام شده باشد | ارزیابیشده بر اساس میزان مواجهه و حساسیت اینورتر |
| جعبه ترکیبی (Combiner) پشتبام تجاری | اغلب به دلیل وجود رشتههای موازی متعدد، حائز اهمیت است | معمولاً برای ایزولاسیون محلی استفاده میشود | اغلب در خروجی ترکیبی یا مرحله حفاظت DC پاییندست استفاده میشود | معمولاً مهم است زیرا آرایههای پشتبام در معرض نوسانات ولتاژ (Surge) هستند |
| آرایه DC در مقیاس نیروگاهی یا ولتاژ بالا | باید به دقت با ولتاژ سیستم و درجهبندی نگهدارنده (Holder) مطابقت داده شود | نیازمند طراحی مستحکم برای سوئیچینگ/ایزولاسیون DC در سیستمهای فتوولتائیک (PV) است | باید با ولتاژ بالای DC و الزامات قطع جریان مطابقت داشته باشد | اغلب بخشی از یک مفهوم هماهنگشده حفاظت در برابر صاعقه و نوسانات ولتاژ در کل سایت است |
| حفاظت ورودی یکپارچه با اینورتر | بسته به طراحی اینورتر ممکن است کاهش یافته یا تغییر کند | ممکن است همچنان طبق طراحی پروژه به صورت محلی مورد نیاز باشد | ممکن است به صورت یکپارچه، خارجی یا هر دو باشد | همچنان باید با مسیر کابلکشی DC و سیستم ارتینگ هماهنگ شود |
چیدمان و طراحی حرارتی بخشی از حفاظت هستند
هماهنگی حفاظتی تنها محدود به مسائل الکتریکی نیست. یک جعبه ترکیبی (Combiner Box) ممکن است از قطعات درستی استفاده کند اما به دلیل چیدمان نامناسب دچار خرابی شود.
به موارد زیر توجه کنید:
- اتلاف حرارت پایه فیوز
- فاصله بین تجهیزات گرمازا
- شعاع خمش کابل و مسیردهی هادیها
- طول سیمهای برقگیر (SPD) و مسیر اتصال به زمین
- جداسازی هادیهای مثبت و منفی DC در صورت نیاز
- دسترسی سرویس به فیوزها، ایزولاتورها، بریکرها و ماژولهای SPD
- خطر نفوذ آب به دلیل چیدمان نامناسب گلند کابل
- قابلیت مشاهده برچسبها برای تیمهای تعمیر و نگهداری
اگر طراحی محفظه هنوز نهایی نشده است، بازبینی شود انتخاب محفظه جعبه ترکیبی (Combiner Box) سیستمهای فتوولتائیک, محل قرارگیری جعبه ترکیبی در فضای داخلی در مقابل فضای خارجی, علل و راهکارهای داغ شدن بیش از حد جعبه ترکیبی خورشیدی, ، و چکلیست بازرسی جعبه ترکیبی خورشیدی.
اشتباهات رایج در طراحی
اشتباه اول: در نظر گرفتن کلید مینیاتوری به عنوان جایگزین عمومی برای فیوزها
یک کلید DC در خروجی ترکیبی ممکن است ضروری باشد، اما به طور خودکار مشکل حفاظت در برابر جریان معکوس در سطح رشته (String) را حل نمیکند. نیاز به فیوز رشتهای همچنان باید ارزیابی شود.
اشتباه دوم: استفاده از تجهیزات حفاظتی AC در مدارهای خورشیدی DC
قطع جریان DC در سیستمهای فتوولتائیک با قطع جریان AC متفاوت است. تجهیزات باید برای ولتاژ DC واقعی و کاربرد مورد نظر دارای رتبهبندی مناسب باشند.
اشتباه سوم: نصب یک کلید ایزولاتور و فرض اینکه حفاظت در برابر جریان اضافه حل شده است
یک ایزولاتور DC تنها عملکرد قطع و وصل را فراهم میکند و به طور خودکار حفاظت در برابر اتصال کوتاه یا اضافه بار را تأمین نمیکند.
اشتباه ۴: انتخاب برقگیر (SPD) صرفاً بر اساس برچسب “PV SPD”
برقگیر باید با ولتاژ کاری (Ucpv/MCOV)، ظرفیت تخلیه جریان ضربه، نقطه نصب، حفاظت پشتیبان و سیستم اتصال زمین مطابقت داشته باشد. وجود برچسب به تنهایی کافی نیست.
اشتباه ۵: نادیده گرفتن طول و چیدمان سیمهای رابط
طول زیاد سیمهای برقگیر، تراکم بیش از حد فیوزها و مسیردهی نامناسب هادیها میتواند کارایی یک قطعه که از نظر فنی درست انتخاب شده را کاهش دهد.
اشتباه ۶: طراحی برای نقشه و نه برای تکنسین
تابلو نهایی باید قابل بازرسی و تعمیر باشد. تعویض فیوز، عملکرد کلید ایزولاتور، بازنشانی (Reset) کلید مینیاتوری، بررسی وضعیت برقگیر و خواندن برچسبها باید در محیط نصبشده به صورت عملی امکانپذیر باشد.
چکلیست طراح
| ایست بازرسی | تایید پیش از انتشار |
|---|---|
| معماری رشته (String) | تعداد رشتههای موازی و سهم جریان خطا مشخص است |
| حد حفاظتی ماژول | حداکثر جریان نامی فیوز سری ماژول بررسی شده است |
| طراحی فیوز | لینک فیوز و پایه فیوز دارای درجهبندی DC برای سیستمهای فتوولتائیک بوده و به درستی جانمایی شدهاند |
| طراحی جداکننده (ایزولاتور) | درجهبندی ایزولاتور DC، آرایش قطبها و عملکرد قطع زیر بار/ایزولاسیون تایید شده است |
| طراحی کلید مینیاتوری | رتبهبندی، قدرت قطع، پلاریته و نقش کلید DC تعریف شده است |
| طراحی برقگیر (SPD) | پارامترهای Ucpv، Up، جریان تخلیه، نوع، حفاظت پشتیبان و مسیر اتصال به زمین بررسی شدهاند |
| چیدمان | فاصله حرارتی، مسیر کابلکشی، طول سیمهای SPD و دسترسی جهت تعمیر و نگهداری بازبینی شدهاند |
| مستندات | نقشه شماتیک، لیست قطعات (BOM)، برچسبها، علائم هشداردهنده و نقاط بازرسی با جعبه واقعی مطابقت دارند |
سوالات متداول
آیا میتوان از کلید DC به جای فیوزهای رشتهای در جعبه کمباینر خورشیدی استفاده کرد؟
نه به صورت خودکار. یک کلید قطعکننده DC در خروجی ترکیبی ممکن است مدار خروجی را محافظت و ایزوله کند، اما فیوزهای رشتهای (استرینگ) برای مقابله با جریان معکوس در سطح رشتهها از سمت رشتههای موازی استفاده میشوند. اینها مسائل حفاظتی متفاوتی هستند.
آیا ایزولاتور DC همان کلید قطعکننده (بریکر) DC است؟
خیر. ایزولاتور DC در صورت داشتن رتبهبندی مناسب برای کاربرد، امکان قطع و ایزولاسیون دستی را فراهم میکند. کلید قطعکننده DC، حفاظت در برابر جریان اضافه و قطع مدار را در محدوده رتبهبندی خود ارائه میدهد. برخی محصولات ممکن است هر دو عملکرد را ترکیب کنند، اما برگه اطلاعات فنی (دیتاشیت) باید صراحتاً از کاربرد مورد نظر پشتیبانی کند.
آیا هر جعبه کمباینر خورشیدی به فیوزهای رشتهای نیاز دارد؟
همیشه نه. نیاز به آن بستگی به تعداد رشتهها، حداکثر رتبهبندی فیوز سری ماژول، میزان مواجهه با جریان معکوس، طراحی ورودی اینورتر و الزامات محلی دارد. این تصمیم باید محاسبه یا توجیه شود و نباید از یک طراحی عمومی کپیبرداری شود.
آیا هر جعبه کمباینر خورشیدی به SPD نیاز دارد؟
بسیاری از جعبههای کمباینر PV شامل حفاظت SPD هستند زیرا آرایههای خورشیدی در معرض خطر نوسانات ولتاژ قرار دارند، اما انتخاب نهایی به میزان مواجهه سایت، ولتاژ سیستم، آرایش اتصال زمین، حساسیت اینورتر و الزامات پروژه بستگی دارد.
SPD باید در کجای جعبه کمباینر نصب شود؟
دستگاه SPD باید در نزدیکی هادیها و ناحیه حفاظتی مورد نظر نصب شود و دارای مسیرهای کوتاه و مستقیم به سمت مسیر حفاظتی مربوطه باشد. همیشه از نقشه سیمکشی سازنده SPD و طراحی سیستم ارتینگ پروژه پیروی کنید.
آیا میتوان از کلیدهای اتوماتیک (MCB) یا ایزولاتورهای AC در جعبه کمباینر DC استفاده کرد؟
نباید فرض کرد که آنها مناسب هستند. قطع و وصل جریان DC دشوارتر است زیرا جریان به طور طبیعی از صفر عبور نمیکند. از تجهیزاتی استفاده کنید که صراحتاً برای کاربرد PV DC در ولتاژ و جریان مورد نیاز رتبهبندی شدهاند.
رایجترین اشتباه در هماهنگی حفاظتی چیست؟
رایجترین اشتباه، محول کردن وظیفه اشتباه به تجهیز اشتباه است: تکیه بر کلید اتوماتیک برای هماهنگی فیوز استرینگ، در نظر گرفتن ایزولاتور به عنوان حفاظت در برابر جریان اضافه، یا نصب SPD بدون بررسی ولتاژ و چیدمان سیمکشی.
خلاصه
طراحی حفاظت جعبه کمباینر خورشیدی یک مسئله هماهنگی است. فیوزها، ایزولاتورهای DC، کلیدهای اتوماتیک DC و SPDها هر کدام بخش متفاوتی از پروفایل ریسک را پوشش میدهند.
استفاده کنید string fuses برای مدیریت جریان معکوس در سطح استرینگ و مواجهه با خطا. استفاده کنید از ایزولاتورهای DC برای قطع و جداسازی محلی. استفاده کنید از بریکرهای جریان مستقیم در مواردی که حفاظت در برابر جریان اضافه و قطع جریان مستقیم (DC) مورد نیاز است، استفاده کنید SPD ها برای کاهش تنش ناشی از اضافه ولتاژهای گذرا.
بهترین طراحی، طراحی با بیشترین تعداد قطعات نیست؛ بلکه طراحی است که در آن هر قطعه دارای نقش مشخص، درجهبندی صحیح، موقعیت مناسب و هماهنگی مستند با سایر بخشهای سیستم فتوولتائیک (PV) باشد.
