Bifasiyal fotovoltaik (PV) teknolojisinin yükselişi, modülün arka tarafında yansıyan ışığı yakalayarak “a varan enerji verimi artışları sunarak güneş enerjisi endüstrisinde devrim yarattı. Ancak, bu ”bonus" enerji kritik bir mühendislik zorluğuyla birlikte gelir: akım kazancı. Elektrik mühendisleri ve sistem tasarımcıları için, arka taraf ışınımının değişken yapısı, standart aşırı akım koruma boyutlandırma kurallarının genellikle yetersiz kaldığı anlamına gelir.
Sigortaları yalnızca ön taraf Standart Test Koşulları (STC) derecesine göre boyutlandırırsanız, tepe albedo olayları sırasında istenmeyen açmalara, ekipman yorulmasına ve potansiyel yangın tehlikelerine neden olma riskini alırsınız. Elektrik koruma ekipmanlarının önde gelen bir üreticisi olarak VIOX Electric, bifasiyal diziler için sigortaların doğru boyutlandırılmasının hem Ulusal Elektrik Kodu'nun (NEC) hem de yansıyan ışınımın fiziğinin incelikli bir şekilde anlaşılmasını gerektirdiğini anlamaktadır.
Bifasiyal Akım Kazancının Fiziği
Geleneksel monofasiyal modüllerin aksine, bifasiyal paneller, ışığın arka taraftan güneş hücrelerine ulaşmasını sağlayan şeffaf bir arka tabakaya veya çift cam tasarımına sahiptir. Arka taraf toplam güç çıkışına katkıda bulunur, ancak devre koruması için daha da önemlisi, doğrudan Kısa Devre Akımına (Isc) katkıda bulunur.
Üretilen ekstra akım miktarı büyük ölçüde şunlara bağlıdır: albedo (yansıtma), panellerin altındaki yüzeyin ve kurulum yüksekliğinin. Beyaz ticari çatının (yüksek albedo) üzerindeki bir panel, asfalt veya çim üzerindeki bir panele göre önemli ölçüde daha fazla akım üretecektir.
Bifasiyalite Katsayısı ve Kazanç Faktörü
Korumayı doğru boyutlandırmak için bu kazancı ölçmeliyiz.
- Bifasiyalite Katsayısı: Arka taraf verimliliğinin ön taraf verimliliğine oranı (tipik olarak modern PERC veya TOPCon hücreleri için -80).
- Bifasiyal Kazanç Faktörü (BGF): Çalışma sırasında akımdaki gerçek yüzde artışı. Üreticiler bir “referans” kazanç listelese de, gerçek dünya BGF tipik olarak şu aralıklarda değişir: ila, optimize edilmiş koşullarda (örneğin, kar veya beyaz membranlar) -30'a kadar yükselir.
Mühendisler bu ekstra akımı görmezden gelemezler. Sigorta, Toplam Kombine Isc bozulmadan kaldırabilmeli, aynı zamanda kabloyu ve modülü arızalardan koruyabilmelidir.
NEC 690.8 ve 1.56 Kuralı: Bifasiyal için Uyarlanmıştır
Ulusal Elektrik Kodu (NEC), PV devrelerini boyutlandırmak için çerçeve sağlar, ancak bifasiyal modüller Madde 690.8'e bir karmaşıklık katmanı ekler.
Standart boyutlandırma “1.56 Kuralı”nı izler:
Ifuse ≥ Isc × 1.25 (Işınım Faktörü) × 1.25 (Sürekli Görev Faktörü)
Standart boyutlandırma hakkında ayrıntılı bilgi için, PV Sigorta Ayırıcı Boyutlandırma Kılavuzu (NEC 1.56 Kuralı).
Ancak, bifasiyal modüller için, Isc statik bir sayı değildir. NEC 690.8(A)(2), “en yüksek 3 saatlik akım ortalamasına” göre hesaplamaya izin verir, ancak daha yaygın ve daha güvenli bir mühendislik uygulaması, güvenlik faktörlerini uygulamadan önce temel Isc'yi ayarlamaktır.
Ayarlanmış Formül
Uyumluluğu ve güvenliği sağlamak için, ayarlanmış Isc'yi kullanın:
Isc, ayarlanmış = Isc, ön × (1 + Bifasiyal Kazanç)
Ardından standart koruma faktörlerini uygulayın:
Minimum Sigorta Değeri = Isc, ayarlanmış × 1.56
Tablo 1: Bifasiyal ve Monofasiyal Akım Hesaplama Karşılaştırması
| Parametre | Monofasiyal Modül | Bifasiyal Modül ( Kazanç) |
|---|---|---|
| Nominal Isc (Ön) | 13.0 A | 13.0 A |
| Arka Taraf Kazancı | 0 A | +1.95 A (13.0 × 0.15) |
| Etkili Isc | 13.0 A | 14.95 A |
| NEC Çarpanı | 1.56 | 1.56 |
| Hesaplanan Min. Sigorta | 20.28 A | 23.32 A |
| Standart Sigorta Boyutu | 20A veya 25A | 25A veya 30A |
Bifasiyal kazancın gereksinimi bir sonraki standart sigorta boyutuna nasıl ittiğine dikkat edin.
IEC 60269-6 ve gPV Sigorta Gereksinimleri
Boyutlandırma hesabı hayati önem taşırken, tip seçilen sigortanın türü de aynı derecede önemlidir. Fotovoltaik uygulamalar için, kablolar ve dağıtım için genel amaçlı, tam aralıklı koruma anlamına gelir. özelliğine sahip sigortalar kullanmalısınız. IEC 60269-6.
Standart AC sigortalarının veya genel amaçlı DC sigortalarının aksine, gPV sigortaları, gölgelendirme veya uyumsuzluk olayları sırasında PV dizilerinde yaygın olan düşük aşırı akımları (tipik olarak nominal akımın 1.35x ila 2x'i) kesmek için tasarlanmıştır.
Bifasiyal için Neden gPV Önemli?
Bifasiyal modüller, yüksek albedo günlerinde derecelerinin biraz üzerinde akımları uzun süre sürdürebilir. GPV olmayan bir sigorta, bu sürekli termal yük altında yorulabilir ve erken arızaya yol açabilir. Ayrıca, yüksek DC voltajları (1000V veya 1500V), seramik gPV sigortalarında bulunan belirli ark söndürme yetenekleri gerektirir.
Sigorta malzemelerinin daha derin bir karşılaştırması için, Cam Sigorta ve Seramik Sigorta Güvenlik Kılavuzu.
Kapsamlı Hesaplama Metodolojisi
Bir bifasiyal sistem için sigortaları boyutlandırmak için, bu adım adım mühendislik sürecini izleyin.
Adım 1: $I_{sc}$ Referansını Belirleyin
Modül veri sayfasına bakın. Farklı kazanç seviyelerinde (örneğin, 10%, 20%, 30%) $I_{sc}$“yi gösteren ”Çift Yüzeyli İsim Plakası Işıması" veya belirli veri tablolarını arayın. Bu veriler mevcut değilse, muhafazakar bir mühendis tipik olarak bir 20-25% kazancı varsayar Saha özel albedo modellemesi aksini kanıtlamadığı sürece, güvenliği sağlamak için hesaplamalar için.
Adım 2: NEC 690.8 Faktörlerini Uygulayın
Minimum Aşırı Akım Koruma Cihazı (OCPD) değerini hesaplayın.
$$I_{OCPD} = I_{sc, çift yüzeyli} \times 1.25 \times 1.25$$
Adım 3: Modül Maksimum Seri Sigorta Değerini Kontrol Edin
Kritik olarak, seçilen sigorta aşmamalıdır modül veri sayfasında listelenen “Maksimum Seri Sigorta Değeri”. Bu bir tasarım penceresi oluşturur:
- Taban: Hesaplanan minimum OCPD boyutu (istenmeyen açmaları önlemek için).
- Tavan: Modül Maksimum Seri Sigorta Değeri (modülü korumak için).
Hesaplanan değer modülün maksimum değerini aşarsa, sigorta boyutunu basitçe artıramazsınız. Dizi sayısını artırmanız (paralel bağlantıları azaltmanız) veya güncellenmiş sertifikalar için modül üreticisine danışmanız gerekebilir.
Birden fazla diziyi birleştiren sistemler için, kılavuzumuzda belirtilen paralel bağlantılar için gereksinimleri anladığınızdan emin olun: Solar PV Sigorta Gereksinimleri: NEC 690.9 Paralel Diziler.
Tablo 2: Farklı Çift Yüzeyli Modül Değerleri için Sigorta Boyutlandırma Örnekleri
| Modül Ön $I_{sc}$ | Kullanılan Çift Yüzeyli Kazanç | Ayarlanmış $I_{sc}$ | Minimum Sigorta Hesaplaması ($I \times 1.56$) | Sonraki Standart Sigorta Boyutu |
|---|---|---|---|---|
| 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 veya 40 A |
| 20 A | 25% | 25.0 A | 39.00 A | 40 A |
Sıcaklık Düşürme: Sessiz Sigorta Katili
Sigortalar termal cihazlardır; çok ısındıklarında eriyerek çalışırlar. Sonuç olarak, yüksek ortam sıcaklıkları akım taşıma kapasitelerini etkiler. Çatı üstü güneş enerjisi kurulumları genellikle 60°C veya 70°C'yi aşan sıcaklıklar yaşar.
Çift yüzeyli modüller için, ekstra akım sigorta bağlantısı içinde ekstra ısı üretir ($P = I^2R$). 60°C'ye ulaşan bir birleştirici kutusuna 25A için derecelendirilmiş bir sigorta takarsanız, bu sigorta etkili bir şekilde 20A veya daha aza düşebilir.
Çift yüzeyli sistemler için boyutlandırırken, bir sıcaklık düşürme faktörü ($K_t$) uygulayın sigorta üreticisinin veri sayfasından:
$$I_{fuse, final} = \frac{\text{Hesaplanan Min Akım}}{K_t}$$
Sıcaklığı hesaba katmamak, sıcak iklimlerde sigorta yorgunluğunun temel nedenidir. Kabloları ve sigortaları zorlu ortamlarda koruma hakkında daha fazla bilgi edinin: Zemin Montajlı Güneş Enerjisi Kablo Sigorta Boyutlandırma Kılavuzu.
Gerçek Dünya Tasarım Hususları
Tablo 3: Kurulum Türü ve Albedo'ya Göre Çift Yüzeyli Kazanç Faktörleri
| Yüzey Malzemesi | Albedo (%) | Tipik Akım Kazancı | Önerilen Güvenlik Marjı |
|---|---|---|---|
| Çim / Toprak | 15-20% | 5-7% | Düşük |
| Beton / Kum | 20-30% | 7-10% | Orta |
| Beyaz Membran Çatı | 60-80% | 15-20% | Yüksek |
| Kar | 80-90% | 20-30%+ | Çok Yüksek |
Birleştirici Kutu Seçimi
Çift yüzeyli modüllerden gelen ekstra akım, birleştirici kutunun bara ve termal yönetimini de etkiler. Bir birleştirici kutu seçerken, muhafaza derecesinin ve dahili baraların çift yüzeyli toplam akım için boyutlandırıldığından emin olun, sadece ön taraf derecesi için değil. Genişleme planlaması için bkz. Güneş Enerjisi Birleştirici Kutu Boyutlandırma Kılavuzu.
Aşırı Akım ve Kısa Devre
Aşırı yük koruması ve kısa devre koruması arasında ayrım yapmak önemlidir. Çift yüzeyli kazanç, çalışma akımını aşırı yük eşiğine yaklaştırır. Ayarlanabilir açma ayarlarına sahip devre kesiciler veya sigortalar kullanmak bazen sabit sigortalardan daha fazla esneklik sunabilir. Koruma cihazlarının karşılaştırması için bkz. PV DC Koruması Açıklandı: MCB'ler, Sigortalar ve SPD'ler.
Kaçınılması Gereken Yaygın Hatalar
- Arka Taraf Kazancını Yoksaymak: Etiket üzerindeki bilgilere göre boyutlandırma #1 hatasıdır. Beklenen çift yüzeyli kazancı her zaman ekleyin.
- Güvenlik Faktörlerini İki Kez Sayma: Bazı mühendisler 1,25 faktörünü gereksiz yere iki kez uygular. Şu formüle bağlı kalın: $I_{sc, ayarlanmış} \times 1.56$.
- Modül Maksimum Seri Sigorta Değerini Aşma: Hesaplanan yüksek akıma öncelik verirken modülün güvenlik sınırını göz ardı etmek garantileri geçersiz kılabilir ve yangın riskleri oluşturabilir.
- Sıcaklık Düşüşünü İhmal Etme: 25°C için mükemmel boyutlandırılmış bir sigorta, çatıdaki bir birleştirme kutusunun içinde 65°C'de arızalanma olasılığı yüksektir.
Tablo 4: NEC Çarpma Faktörleri Özeti
| Faktör | Değer | Amaç |
|---|---|---|
| Çift Yüzeyli Kazanç | Değişken (1.10 – 1.30) | Arka taraf ışınımını hesaba katar |
| Yüksek Işınım (690.8(A)(1)) | 1.25 | Güneş yoğunluğunu > 1000 W/m² hesaba katar |
| Sürekli Görev (690.8(B)) | 1.25 | >3 saatten fazla sigorta ısınmasını/yorgunluğunu önler |
| Toplam Standart Çarpan | 1.56 | Hesaplama için birleşik güvenlik faktörü |
SSS Bölümü
S: Çift yüzeyli paneller neden tek yüzeyli panellerden farklı sigorta boyutlandırmasına ihtiyaç duyar?
C: Çift yüzeyli paneller her iki taraftan da akım üretir. Bu ek akım, devrenin efektif Kısa Devre Akımını ($I_{sc}$) yükseltir. Yalnızca ön taraf çıkışı için boyutlandırılmış sigortalar, zemin yansımasının yüksek olduğu en yoğun güneş ışığı saatlerinde atabilir.
S: Projem için doğru Çift Yüzeyli Kazanç Faktörünü (BGF) nasıl belirlerim?
C: İdeal olarak, albedo, eğim ve yüksekliği hesaba katan siteye özel simülasyon yazılımı (PVSyst gibi) kullanın. Simülasyon olmadan, modülün maksimum değerleri içinde kalması koşuluyla, güvenlik ekipmanını boyutlandırmak için genellikle muhafazakar bir -20% kazanç tahmini önerilir.
S: Hesaplanan sigorta boyutu modülün Maksimum Seri Sigorta Değerini aşarsa ne olur?
C: Modülün değerinden daha büyük bir sigorta takamazsınız. Dizi konfigürasyonunu yeniden tasarlamanız (örneğin, paralel olarak daha az dizi) veya daha yüksek seri sigorta değerine sahip bir modül seçmeniz gerekir.
S: Çift yüzeyli güneş panelleri için standart AC sigortaları kullanabilir miyim?
C: Hayır. DC (tipik olarak 1000V veya 1500V) için derecelendirilmiş ve gPV karakteristiğine sahip sigortalar kullanmalısınız. AC sigortalar DC arklarını güvenilir bir şekilde söndüremez ve feci şekilde arızalanabilir.
S: Sıcaklık sigorta seçimimi nasıl etkiler?
C: Sigortalar termal cihazlardır. Yüksek ortam sıcaklıklarında (güneşte yaygın), daha düşük akımlarda atarlar. Doğru sigorta amperini seçmek için hesaplanan akımınızı üreticinin sıcaklık düşürme faktörüne bölmelisiniz.
S: NEC 690.8 tarafından gerekli olan 1,56 faktörü çift yüzeyli paneller için yeterli midir?
C: 1,56 faktörü şunlar için geçerlidir: modül akımı. Çift yüzeyli paneller için, bu faktörü yalnızca ön taraf $I_{sc}$'ye değil, ayarlanmış akıma (Ön $I_{sc}$ + Arka Kazanç) uygulamalısınız.
Önemli Çıkarımlar
- Çift Yüzeyli Kazanç Gerçek Amperajdır: Arka taraf kazancını yalnızca geçici bir artış olarak değil, ısıya ve yüke katkıda bulunan sürekli akım olarak ele alın.
- Önce $I_{sc}$'yi Ayarlayın: NEC 1.56 güvenlik faktörlerini uygulamadan önce toplam efektif $I_{sc}$'yi (Ön + Arka) hesaplayın.
- Boşluğa Dikkat Edin: Sigorta değerinizin gereksiz yere atmayı önleyecek kadar yüksek, ancak Modül Maksimum Seri Sigorta Değerine uyacak kadar düşük olduğundan emin olun.
- gPV Zorunludur: Sigortaların fotovoltaik uygulamalar için IEC 60269-6 standartlarını karşıladığını her zaman doğrulayın; asla standart yüklerle değiştirmeyin.
- Albedo Önemlidir: Zemin yüzeyi ne kadar açık olursa (örneğin, beyaz çatılar, kar), akım kazancı o kadar yüksek olur—OCPD'nizi buna göre boyutlandırın.
- Isıya Dikkat Edin: Birleştirme kutularındaki ortam sıcaklığı sigorta kapasitesini önemli ölçüde azaltır; yorgunluk arızasını önlemek için düşürme faktörleri uygulayın.
