A megfelelő túlfeszültségvédő eszköz (SPD) kiválasztása kritikus döntés a napelemes rendszer hosszú élettartamának és megbízhatóságának biztosítása szempontjából. Ez az átfogó útmutató végigvezeti Önt azokon a lényeges tényezőkön, amelyeket figyelembe kell vennie a fotovoltaikus berendezéshez való SPD kiválasztásakor, és segít megvédeni értékes befektetését a káros elektromos túlfeszültségektől.
Miért van szüksége napelemes rendszerének SPD védelemre
A napelemes rendszerek több okból is különösen érzékenyek a túlfeszültség okozta károkra:
- Kitett hely: A napelemtáblákat jellemzően magasan fekvő, kitett helyen telepítik.
- Kiterjesztett kábelfutamok: Az egyenáramú tápkábelek antennaként működhetnek az indukált túlfeszültségek számára.
- Érzékeny elektronika: Inverterek, felügyeleti rendszerek és vezérlőberendezések érzékeny alkatrészeket tartalmaznak.
- Villámcsapás: A napelemtáblák vonzó útvonalak lehetnek a villámcsapások számára.
Megfelelő túlfeszültség-védelem nélkül egyetlen villámcsapás vagy hálózati kapcsolási esemény több ezer dolláros kárt okozhat az inverterekben, töltésvezérlőkben, panelekben és felügyeleti rendszerekben. Még a kisebb, ismétlődő túlfeszültségek is idővel károsíthatják a rendszerelemeket, csökkentve a hatékonyságot és rövidítve az élettartamot.
A megfelelő napelemes SPD kiválasztásának legfontosabb tényezői
1. Az EPD-típusok és alkalmazásuk megértése
Az EPD-k három fő típusba sorolhatók, amelyek mindegyike különböző védelmi igényeket szolgál:
1. típusú EPD-k:
- Közvetlen villámcsapás elleni védelemre szolgál
- A szolgáltatási bejárati pontokon vagy közműcsatlakozásoknál telepítve
- 10/350μs hullámformával tesztelve a nagy energiájú impulzusok kezelésére
- Külső villámvédelmi rendszerrel ellátott épületekben szükséges
- Jellemzően szikrahézag-technológiát használnak
2. típusú EPD-k:
- Védelmet nyújt az indukált túlfeszültségek és kapcsolási események ellen.
- Elosztó táblákra vagy alközpontokra telepítve
- 8/20μs hullámformával tesztelve
- Fémoxid-varisztor (MOV) technológia használata
- A szabványos napelemes berendezésekben leggyakrabban használt típus
3. típusú egységes programozási dokumentumok:
- Finom védelmet nyújt az érzékeny végberendezések számára
- Speciális elektronikus eszközök közelében telepítve
- Alacsonyabb a kisütési kapacitásuk, mint az 1. és 2. típusnak.
- Gyakran használják felügyeleti rendszerekhez és kommunikációs interfészekhez.
A legtöbb lakossági és kereskedelmi napelemes rendszer esetében az átfogó védelemhez az SPD-típusok kombinációjára van szükség. Kaphatók 1+2 típusú kombinált SPD-k is, amelyek mindkét típus védelmi jellemzőit egyetlen egységbe integrálják.
2. Értékelje a rendszer feszültségigényét
Az egyik legkritikusabb kiválasztási kritérium az SPD feszültségének a napelemes rendszer követelményeihez való illesztése:
Maximális folyamatos üzemi feszültség (MCOV vagy Uc):
- A DC oldali SPD-knek magasabb MCOV-értékkel kell rendelkezniük, mint a rendszer maximális nyitóáramú feszültsége (Voc).
- Ne feledje, hogy a hideg hőmérséklet növeli a PV tömb feszültségét
- Egy jó ökölszabály: Válasszon olyan DC SPD-ket, amelyek MCOV értéke legalább 10% a rendszer maximális Voc értéke felett van.
- Például egy 600V-os egyenáramú rendszerhez legalább 660V DC MCOV értékű SPD-kre van szükség.
- A váltakozó áramú oldalon az SPD-knek legalább 25%-vel kell meghaladniuk a névleges rendszerfeszültséget.
Egy nem megfelelő MCOV-val rendelkező SPD használata idő előtti meghibásodáshoz vezet, és potenciális tűzveszélyt okozhat, mivel a készülék a normál rendszerfeszültséget túlfeszültségnek fogja tekinteni.
3. Ellenőrizze a feszültségvédelmi szintet (fel)
A feszültségvédelmi szint vagy szorítófeszültség azt a maximális feszültséget jelzi, amely túlfeszültség esetén eléri a berendezést:
- Az alacsonyabb Up értékek jobb védelmet nyújtanak az érzékeny alkatrészek számára
- Az Up-nak a berendezés impulzusállóképessége alatt kell lennie.
- A legjobb védelem érdekében válasszon olyan SPD-t, amelynek Up legalább 20%-vel alacsonyabb a berendezés tűréshatáránál.
- A tipikus PV inverterek 2,5-4kV alatti Up értékeket igényelnek.
Az SPD-k összehasonlításakor az alacsonyabb feszültségvédelmi szint általában jobb védelmet jelez, de ezt más paraméterekkel együtt kell mérlegelni.
4. A szükséges kisütési áramkapacitás felmérése
Két fontos minősítés határozza meg, hogy az SPD képes-e kezelni a túlfeszültségeket:
Névleges kisülési áram (In):
- Megmutatja, hogy az SPD mekkora túlfeszültséget képes ismételten kezelni.
- A magasabb értékek jobb tartósságot jelentenek a gyakori túlfeszültségek esetén.
- A napelemes alkalmazásokban használt 2. típusú SPD-k esetében 10-20kA vagy magasabb In névleges értékeket kell keresni.
Maximális kisütési áram (Imax):
- A legnagyobb egyedi túlfeszültségi áram, amelyet az SPD biztonságosan el tud vezetni.
- A 2. típusú készülékek jellemzően 40-80kA közöttiek.
- A nagy villámlással járó régiókban a rendszereknek nagyobb teljesítményt kell használniuk.
- Az 1. típusú EPD-k az impulzus kisülési áram (Iimp) névleges értékét használják ehelyett.
Mérlegelje ezeket a minősítéseket a helyszín villámveszélye és a rendszer fontossága alapján. A gyakori zivatarokkal sújtott területeken magasabb minősítésre van szükség, mint a minimális villámtevékenységgel rendelkező helyeken.
5. Tekintse a rövidzárlatos áramértéket (SCCR)
Az SCCR megadja azt a maximális várható rövidzárlati áramot, amelyet az SPD biztonságosan kezelni tud, ha meghibásodik:
- Az SPD SCCR-jének legalább akkorának kell lennie, mint a beépítési ponton rendelkezésre álló hibaáram.
- Ez számos elektromos szabályzatban kötelező biztonsági követelmény.
- A nagyfeszültségű PV-rendszerek egyenáramú SPD-i jelentős kihívásokkal szembesülnek a hibaáram kezelésével kapcsolatban.
- Egyes SPD-k külső túláramvédelmi eszközöket igényelnek a megjelölt SCCR eléréséhez.
6. Az optimális SPD elhelyezés meghatározása
A napelemes rendszer hatékony védelméhez elengedhetetlen az EPD-k stratégiai elhelyezése:
DC oldali elhelyezési irányelvek:
A "<10 méteres szabály" széles körben elfogadott az iparágban:
- Ha az egyenáramú kábel hossza kevesebb mint 10 méter: Az inverter DC bemenetén általában elegendő egyetlen SPD-készlet.
- Ha az egyenáramú kábel hossza meghaladja a 10 métert: Telepítsen két SPD-készletet - egyet a PV-mező közelében (kombinátoros dobozokban), egy másikat pedig az inverter bemeneténél.
Nagyobb rendszerek esetében fontolja meg a védelmet ezeken a kulcsfontosságú pontokon:
- Tömbszint: Az elosztott tömbökhöz SPD-ket kell telepíteni a kombinátorházakhoz.
- Inverter DC bemenet: Az SPD-ket közvetlenül az inverter DC bemenetei előtt kell felszerelni.
- Húros szint: Több sztringet tartalmazó rendszerek esetén fontolja meg a sztringszintű védelmet.
AC oldalsó elhelyezés:
- Hálózati összekapcsolási pont: Elsődleges védelem a főkapcsolótáblán
- Inverter AC kimenet: Másodlagos védelem az inverter közelében
- Elosztó panelek: Kiegészítő védelem a nagyobb rendszerek alközpontjainál
Vegye figyelembe a kommunikációs és felügyeleti rendszerek védelmét is, amelyek gyakran nagyon érzékenyek a túlfeszültségekre.
7. A vonatkozó szabványoknak való megfelelés ellenőrzése
Ellenőrizze, hogy a kiválasztott egységes európai parlamenti és tanácsi dokumentum megfelel-e az alkalmazandó szabványoknak:
- IEC 61643-31: Kifejezetten a fotovoltaikus alkalmazásokban használt SPD-kre vonatkozó szabvány
- IEC 61643-32: A PV SPD-k kiválasztási és alkalmazási elvei
- UL 1449: Biztonsági szabvány az SPD-kre Észak-Amerikában
- IEC 62305 sorozat: Villámvédelmi rendszerek szabványai
- NEC 690.7. cikk C) pont: Nemzeti Elektromos Szabályzat követelményei
Az UL 1449 szabványnak megfelelő, 1. vagy 2. típusú termékek Észak-Amerikában általánosan elfogadottak fotovoltaikus alkalmazásokhoz.
8. A külső villámvédelem hatásának értékelése
Ha az épületben van külső villámvédelmi rendszer (LPS), akkor figyelembe kell vennie a rendszer és a PV-rendszer közötti "s" elválasztási távolságot:
- Ha az elkülönítési távolság tartható: A 2. típusú egységes európai parlamenti és tanácsi irányelvek elegendőek lehetnek
- Ha az elkülönítési távolság nem tartható: Az 1. típusú egységes európai parlamenti és tanácsi irányelvek kötelezővé válnak.
Ez egy alapvető tervezési szempont, amely jelentősen befolyásolja az egységes európai parlamenti és tanácsi dokumentum kiválasztási stratégiáját.
9. A rendszer földelési konfigurációjának megértése
A különböző földelési konfigurációk sajátos SPD-csatlakozási sémákat igényelnek:
DC oldali konfigurációk:
- Funkcionálisan földelt: Egy egyenáramú pólus földeléssel összekötve
- Nagy ellenállású földelt: Az egyenáramú pólus ellenálláson keresztül a földeléshez csatlakozik
- Feltárva/lebegtetve: Egyik pólus sem kapcsolódik közvetlenül a földeléshez
AC oldali konfigurációk:
- TN-C, TN-S, TN-C-S rendszerek
- TT rendszerek
- IT-rendszerek
A hatékony védelem biztosítása érdekében minden egyes konfigurációhoz egyedi SPD-csatlakozási séma szükséges. Például a földeletlen (IT) PV-rendszereknek gyakran "Y-konfigurációjú" SPD-kre van szükségük az átfogó védelemhez.
A legjobb telepítési gyakorlatok az optimális SPD teljesítmény érdekében
Csatlakozási vezetékhossz minimalizálása
Az EPD fizikai kábelezése döntően befolyásolja a teljesítményét:
- Tartsa a csatlakozó vezetékeket a lehető legrövidebbre
- Az ideális teljes vezetékhossz kevesebb, mint 0,5 méter kell legyen.
- Soha ne haladja meg az 1 métert a teljes csatlakozási hossz
- Kerülje a vezetők éles kanyarodását, mivel ezek növelik az induktivitást.
Gyorsan emelkedő túlfeszültségek esetén még a rövid csatlakozóvezetékek is jelentős induktív feszültségesést fejlesztenek. Ez közvetlenül hozzáadódik az SPD zárófeszültségéhez, ami potenciálisan veszélyezteti a védelmet.
Megfelelő vezető méretezés biztosítása
- A 2. típusú EPD-k esetében a védőföldeléshez legalább 6 mm²-es rézvezetéket kell használni.
- Az 1. típusú EPD-k esetében a védőföldeléshez 16 mm²-es vagy nagyobb rézvezetéket kell használni.
- A feszültség alatt álló vezetékeknek legalább a rendszer kábelezésével megegyezőnek kell lenniük, ha nem nagyobbak.
- Mindig kövesse a gyártó ajánlásait és a vonatkozó szabványokat
Kábelek megfelelő elvezetése
- Váltakozó áramú, egyenáramú és adatkábelek és a hozzájuk tartozó potenciálegyenlőségi kötővezetők együtt történő elvezetése.
- Ez csökkenti a vezetékek által alkotott hurok területét, minimalizálva az indukált túlfeszültségeket.
- Kijelölt kábelútvonalak létrehozása, amelyek minimalizálják az elektromágneses interferenciának való kitettséget.
Karbantartási követelmények a hosszú távú védelem érdekében
Még a legjobb SPD-k élettartama is véges:
- A legtöbb minőségi EPD várható élettartama normál körülmények között 10-15 év.
- A vizuális kijelzőket rendszeresen ellenőrizni kell az EPD aktiválódásának vagy meghibásodásának jelei miatt.
- Kritikus létesítményekhez válasszon távfelügyeleti képességgel rendelkező SPD-ket.
- Cserélje ki az EPD-ket nagyobb túlfeszültségi események után, még akkor is, ha külső sérülés nem látható.
- Rendszeres ellenőrzési menetrendek kialakítása, különösen a viharok előtt.
Közös SPD kiválasztási hibák elkerülése
Kerülje el ezeket a gyakori hibákat, amikor túlfeszültség-védelmet választ a napelemes rendszeréhez:
- Alulméretezés elleni védelem: Az elégtelen energiakezelési kapacitású EPD-k kiválasztása
- A hőteljesítmény figyelmen kívül hagyása: A magas hőmérséklet figyelmen kívül hagyása a kültéri burkolatokban
- Kilátás a koordinációra: Össze nem illő, az energiaelosztást nem megfelelően koordináló egységes európai parlamenti és tanácsi irányelvek telepítése.
- Hiányos védelem: Csak a DC vagy AC oldal védelme, ami sebezhetőséget hagy maga után
- AC SPD-k használata egyenáramú védelemhez: Az AC és DC SPD-k NEM cserélhetők fel egymással az eltérő ívoltó képességük miatt.
- Kompromisszum a minőség terén: A legolcsóbb megoldás választása a megfelelően tanúsított eszközök helyett
- Helytelen földelés: Még a legjobb SPD-k telepítése nem megfelelő földelési rendszerrel
- Hiányzó mutatók: Állapotjelzők nélküli eszközök kiválasztása, ami megnehezíti a karbantartást.
Következtetés: A napenergia-befektetés védelme
A napelemes rendszerhez megfelelő SPD kiválasztása a rendszer jellemzőinek, a környezeti tényezőknek és a védelmi követelményeknek a gondos mérlegelését igényli. Az igények megfelelő felmérésével és egy összehangolt védelmi stratégia végrehajtásával jelentősen csökkentheti a túlfeszültséggel kapcsolatos károk kockázatát.
Ne feledje ezeket a legfontosabb tudnivalókat:
- Kifejezetten fotovoltaikus alkalmazásokhoz tervezett és méretezett SPD-k kiválasztása
- A rendszer követelményeinek megfelelő feszültségértékek
- Védelem megvalósítása mind az egyenáramú, mind a váltakozó áramú oldalon
- A megfelelő védelmi szintek kiválasztása a földrajzi villámveszély alapján
- Biztosítani kell a megfelelő telepítést a gyártó iránymutatásai szerint
- Az EPD-k karbantartása és cseréje az ajánlott ütemterveknek megfelelően
A minőségi túlfeszültségvédelembe történő viszonylag kis befektetés több ezer dollárnyi potenciális kárt és rendszerleállást előzhet meg. Ne kössön kompromisszumot napelemes rendszerének védelmével kapcsolatban - ez alapvető fontosságú eleme annak biztosításának, hogy megújuló energiával kapcsolatos befektetése évtizedekig megtérüljön.
