Развитие двусторонней фотоэлектрической (PV) технологии произвело революцию в солнечной энергетике, предлагая увеличение выработки энергии до 30% за счет захвата отраженного света на задней стороне модуля. Однако эта “бонусная” энергия сопряжена с серьезной инженерной задачей: увеличение тока. Для инженеров-электриков и проектировщиков систем переменный характер облучения задней стороны означает, что стандартные правила выбора защиты от перегрузки по току часто оказываются недостаточными.
Если вы выбираете предохранители, основываясь исключительно на номинальных значениях передней стороны в стандартных условиях испытаний (STC), вы рискуете ложными срабатываниями, усталостью оборудования и потенциальной опасностью возгорания во время пиковых событий альбедо. Являясь ведущим производителем электрозащитного оборудования, VIOX Electric понимает, что правильный выбор предохранителей для двусторонних массивов требует детального понимания как Национального электротехнического кодекса (NEC), так и физики отраженного излучения.
Физика увеличения тока в двусторонних панелях
В отличие от традиционных односторонних модулей, двусторонние панели имеют прозрачную заднюю поверхность или конструкцию с двойным стеклом, которая позволяет свету достигать солнечных элементов сзади. Задняя сторона вносит вклад в общую выходную мощность, но, что более важно для защиты цепи, она вносит прямой вклад в ток короткого замыкания (I_{sc}).
Величина дополнительного генерируемого тока в значительной степени зависит от альбедо (отражательной способности) поверхности под панелями и высоты установки. Панель над белой коммерческой кровлей (высокое альбедо) будет генерировать значительно больший ток, чем панель над асфальтом или травой.
Коэффициент двусторонности и коэффициент усиления
Чтобы правильно выбрать защиту, мы должны количественно оценить это усиление.
- Коэффициент двусторонности: Отношение эффективности задней стороны к эффективности передней стороны (обычно 70-80% для современных элементов PERC или TOPCon).
- Коэффициент усиления двусторонности (BGF): Фактический процент увеличения тока во время работы. В то время как производители могут указывать “эталонное” усиление, реальный BGF обычно колеблется от 10% до 15%, со скачками до 25-30% в оптимизированных условиях (например, снег или белые мембраны).
Инженеры не могут просто игнорировать этот дополнительный ток. Предохранитель должен выдерживать Общий суммарный I_{sc} без ухудшения характеристик, при этом защищая провод и модуль от неисправностей.
NEC 690.8 и правило 1.56: Адаптировано для двусторонних панелей
Национальный электротехнический кодекс (NEC) обеспечивает основу для выбора размеров PV-цепей, но двусторонние модули добавляют уровень сложности в статью 690.8.
Стандартный выбор размера соответствует “правилу 1.56”:
I_{fuse} \ge I_{sc} \times 1.25 \text{ (Коэффициент облучения)} \times 1.25 \text{ (Коэффициент непрерывной работы)}
Для получения подробных инструкций по стандартному выбору размера обратитесь к нашему Руководству по выбору разъединителя предохранителя PV (правило NEC 1.56).
Однако для двусторонних модулей, I_{sc} не является статическим числом. NEC 690.8(A)(2) допускает расчет на основе “самого высокого 3-часового среднего значения тока”, но более распространенной и безопасной инженерной практикой является корректировка базового I_{sc} перед применением коэффициентов безопасности.
Скорректированная формула
Для обеспечения соответствия требованиям и безопасности используйте скорректированный I_{sc}:
I_{sc, adjusted} = I_{sc, front} \times (1 + \text{Усиление двусторонности})
Затем примените стандартные коэффициенты защиты:
\text{Минимальный номинал предохранителя} = I_{sc, adjusted} \times 1.56
Таблица 1: Сравнение расчета тока для двусторонних и односторонних модулей
| Параметр | Односторонний модуль | Двусторонний модуль (усиление 15%) |
|---|---|---|
| Номинальный I_{sc} (передний) | 13.0 A | 13.0 A |
| Усиление задней стороны | 0 A | +1.95 A (13.0 × 0.15) |
| Эффективный I_{sc} | 13.0 A | 14.95 A |
| Множитель NEC | 1.56 | 1.56 |
| Расчетный мин. предохранитель | 20.28 A | 23.32 A |
| Стандартный размер предохранителя | 20A или 25A | 25A или 30A |
Обратите внимание, как усиление двусторонности подталкивает требование к следующему стандартному размеру предохранителя.
IEC 60269-6 и требования к предохранителям gPV
В то время как расчет размера имеет жизненно важное значение, тип тип выбранного предохранителя не менее важен. Для фотоэлектрических применений необходимо использовать предохранители с gPV gPV характеристикой в соответствии с МЭК 60269-6.
В отличие от стандартных предохранителей переменного тока или универсальных предохранителей постоянного тока, предохранители gPV предназначены для прерывания низких перегрузок по току (обычно от 1,35x до 2x номинального тока), которые часто встречаются в PV-строках во время затенения или несоответствия.
Почему gPV важен для двусторонних панелей
Двусторонние модули могут поддерживать токи, немного превышающие их номинал, в течение длительных периодов во время дней с высоким альбедо. Предохранитель не gPV может устать под этой непрерывной тепловой нагрузкой, что приведет к преждевременному выходу из строя. Кроме того, высокие напряжения постоянного тока (1000 В или 1500 В) требуют специальных возможностей гашения дуги, которые имеются в керамических предохранителях gPV.
Для более глубокого сравнения материалов предохранителей прочитайте нашу статью о Руководстве по безопасности стеклянных и керамических предохранителей.
Комплексная методология расчета
Чтобы выбрать предохранители для двусторонней системы, выполните этот пошаговый инженерный процесс.
Шаг 1: Определите эталонное значение $I_{sc}$
Обратитесь к техническому описанию модуля. Найдите “Двустороннюю номинальную облучённость” или конкретные таблицы данных, показывающие $I_{sc}$ при различных уровнях усиления (например, 10%, 20%, 30%). Если эти данные недоступны, консервативный инженер обычно предполагает усиление 20-25% для расчетов, чтобы обеспечить безопасность, если только моделирование альбедо для конкретного участка не докажет обратное.
Шаг 2: Примените коэффициенты NEC 690.8
Рассчитайте минимальный номинал устройства защиты от перегрузки по току (OCPD).
$$I_{OCPD} = I_{sc, bifacial} \times 1.25 \times 1.25$$
Шаг 3: Проверьте максимальный номинал последовательного предохранителя модуля
Крайне важно, чтобы выбранный предохранитель не превышал “Максимальный номинал последовательного предохранителя”, указанный в техническом описании модуля. Это создает окно проектирования:
- Нижний предел: Рассчитанный минимальный размер OCPD (для предотвращения ложных срабатываний).
- Верхний предел: Максимальный номинал последовательного предохранителя модуля (для защиты модуля).
Если рассчитанное значение превышает максимальный номинал модуля, вы не можете просто увеличить размер предохранителя. Возможно, потребуется увеличить количество строк (уменьшить параллельные соединения) или обратиться к производителю модуля для получения обновленных сертификатов.
Для систем, объединяющих несколько строк, убедитесь, что вы понимаете требования к параллельным соединениям, изложенные в нашем руководстве: Требования к предохранителям для солнечных фотоэлектрических систем: NEC 690.9 Параллельные строки.
Таблица 2: Примеры выбора размера предохранителя для различных номиналов двусторонних модулей
| Передняя сторона модуля $I_{sc}$ | Используемое двустороннее усиление | Скорректированное $I_{sc}$ | Минимальный расчет предохранителя ($I \times 1.56$) | Следующий стандартный размер предохранителя |
|---|---|---|---|---|
| 10 A | 10% | 11.0 A | 17.16 A | 20 A |
| 15 A | 15% | 17.25 A | 26.91 A | 30 A |
| 18 A | 20% | 21.6 A | 33.70 A | 35 A или 40 A |
| 20 A | 25% | 25.0 A | 39.00 A | 40 A |
Снижение номинальных характеристик по температуре: Тихий убийца предохранителей
Предохранители - это тепловые устройства; они работают путем плавления, когда становятся слишком горячими. Следовательно, высокие температуры окружающей среды влияют на их токовую способность. Солнечные установки на крышах часто подвергаются воздействию температур, превышающих 60°C или 70°C.
Для двусторонних модулей дополнительный ток генерирует дополнительное тепло внутри плавкой вставки ($P = I^2R$). Если вы установите предохранитель, рассчитанный на 25 А, в распределительной коробке, которая нагревается до 60°C, этот предохранитель может фактически снизить номинальные характеристики до 20 А или меньше.
При выборе размера для двусторонних систем примените коэффициент снижения номинальных характеристик по температуре ($K_t$) из технического описания производителя предохранителя:
$$I_{fuse, final} = \frac{\text{Рассчитанный минимальный ток}}{K_t}$$
Неспособность учесть температуру является основной причиной усталости предохранителей в жарком климате. Узнайте больше о защите кабелей и предохранителей в суровых условиях в нашем Руководстве по выбору размера предохранителей для солнечных кабелей при наземной установке.
Реальные соображения проектирования
Таблица 3: Коэффициенты двустороннего усиления по типу установки и альбедо
| Материал поверхности | Альбедо (%) | Типичное усиление тока | Рекомендуемый запас прочности |
|---|---|---|---|
| Трава / Почва | 15-20% | 5-7% | Низкий |
| Бетон / Песок | 20-30% | 7-10% | Средний |
| Белая мембранная кровля | 60-80% | 15-20% | Высокий |
| Снег | 80-90% | 20-30%+ | Очень высокий |
Выбор распределительной коробки
Дополнительный ток от двусторонних модулей также влияет на шины и тепловое управление распределительной коробки. При выборе распределительной коробки убедитесь, что номинал корпуса и внутренние шины рассчитаны на двусторонний общий ток, а не только на номинал передней стороны. Для планирования расширения см. наше Руководство по выбору размера солнечной распределительной коробки.
Перегрузка по току против короткого замыкания
Важно различать защиту от перегрузки и защиту от короткого замыкания. Двустороннее усиление увеличивает рабочий ток ближе к порогу перегрузки. Использование автоматических выключателей или предохранителей с регулируемыми настройками срабатывания иногда может предложить большую гибкость, чем фиксированные предохранители. Для сравнения устройств защиты обратитесь к Объяснение защиты PV DC: MCB, предохранители и SPD.
Распространенные ошибки, которых следует избегать
- Игнорирование усиления с задней стороны: Определение номинала исключительно по передней этикетке – это ошибка #1. Всегда добавляйте ожидаемый коэффициент усиления от двусторонней генерации.
- Двойной учет коэффициентов безопасности: Некоторые инженеры необоснованно применяют коэффициент 1.25 дважды. Придерживайтесь формулы: $I_{sc, скорректированный} \times 1.56$.
- Превышение максимального номинала последовательного предохранителя модуля: Приоритет расчетного высокого тока при игнорировании предела безопасности модуля может привести к аннулированию гарантии и возникновению пожароопасных ситуаций.
- Пренебрежение снижением номинала по температуре: Предохранитель, идеально подобранный для 25°C, скорее всего, выйдет из строя при 65°C внутри распределительной коробки на крыше.
Таблица 4: Сводка коэффициентов умножения NEC
| Фактор | Значение | Назначение |
|---|---|---|
| Коэффициент усиления от двусторонней генерации | Переменный (1.10 – 1.30) | Учитывает облучение с тыльной стороны |
| Высокая интенсивность излучения (690.8(A)(1)) | 1.25 | Учитывает интенсивность солнечного излучения > 1000 Вт/м² |
| Непрерывный режим работы (690.8(B)) | 1.25 | Предотвращает нагрев/усталость предохранителя при работе >3 часов |
| Общий стандартный множитель | 1.56 | Комбинированный коэффициент безопасности для расчета |
Раздел часто задаваемых вопросов (FAQ)
В: Почему для двусторонних панелей требуется другой номинал предохранителя, чем для односторонних?
О: Двусторонние панели генерируют ток с обеих сторон. Этот дополнительный ток увеличивает эффективный ток короткого замыкания ($I_{sc}$) цепи. Предохранители, рассчитанные только на выходную мощность с передней стороны, могут срабатывать в часы пиковой солнечной активности, когда отражение от земли велико.
В: Как определить правильный коэффициент усиления от двусторонней генерации (BGF) для моего проекта?
О: В идеале используйте программное обеспечение для моделирования, специфичное для конкретного участка (например, PVSyst), которое учитывает альбедо, угол наклона и высоту. Без моделирования для определения номинала защитного оборудования часто рекомендуется консервативная оценка усиления в 15-20%, при условии, что она остается в пределах максимальных номинальных значений модуля.
В: Что делать, если расчетный номинал предохранителя превышает максимальный номинал последовательного предохранителя модуля?
О: Нельзя устанавливать предохранитель, номинал которого превышает номинал модуля. Необходимо перепроектировать конфигурацию строки (например, уменьшить количество параллельных строк) или выбрать модуль с более высоким номиналом последовательного предохранителя.
В: Могу ли я использовать стандартные предохранители переменного тока для двусторонних солнечных панелей?
О: Нет. Необходимо использовать предохранители, рассчитанные на постоянный ток (обычно 1000 В или 1500 В) с характеристикой gPV. Предохранители переменного тока не могут надежно гасить дуги постоянного тока и могут выйти из строя с катастрофическими последствиями.
В: Как температура влияет на мой выбор предохранителя?
О: Предохранители – это тепловые устройства. При высоких температурах окружающей среды (обычных для солнечных установок) они срабатывают при более низких токах. Необходимо разделить расчетный ток на коэффициент снижения номинала по температуре, указанный производителем, чтобы выбрать правильный номинал предохранителя.
В: Достаточно ли коэффициента 1.56, требуемого NEC 690.8, для двусторонних панелей?
О: Коэффициент 1.56 применяется к току модуля. Для двусторонних панелей необходимо применять этот коэффициент к скорректированному току (Передний $I_{sc}$ + Усиление с тыльной стороны), а не только к $I_{sc}$ с передней стороны.
Основные выводы
- Усиление от двусторонней генерации – это реальный ток: Рассматривайте усиление с тыльной стороны как непрерывный ток, который способствует нагреву и нагрузке, а не просто как временный скачок.
- Сначала скорректируйте $I_{sc}$: Рассчитайте общий эффективный $I_{sc}$ (Передний + Тыльный) перед применением коэффициентов безопасности NEC 1.56.
- Помните о зазоре: Убедитесь, что номинал предохранителя достаточно высок, чтобы предотвратить ложные срабатывания, но достаточно низок, чтобы соответствовать максимальному номиналу последовательного предохранителя модуля.
- gPV является обязательным: Всегда проверяйте, что предохранители соответствуют стандартам IEC 60269-6 для фотоэлектрических применений; никогда не заменяйте их стандартными нагрузками.
- Альбедо имеет значение: Чем светлее поверхность земли (например, белые крыши, снег), тем выше коэффициент усиления тока — соответственно подбирайте OCPD.
- Следите за нагревом: Температура окружающей среды в распределительных коробках значительно снижает пропускную способность предохранителя; применяйте коэффициенты снижения номинала, чтобы избежать усталостного разрушения.
