Giới thiệu: Tại sao Tiêu chuẩn Kiểm tra lại Quan trọng đối với Hộp đấu dây năng lượng mặt trời
Hộp đấu dây năng lượng mặt trời đóng vai trò là các điểm nối an toàn quan trọng trong hệ thống quang điện, hợp nhất dòng điện DC từ nhiều chuỗi tấm pin mặt trời trước khi định tuyến năng lượng đến biến tần hoặc hệ thống pin. Mặc dù chức năng của chúng tương đối đơn giản, nhưng các vỏ bọc này là một trong những thành phần được kiểm tra kỹ lưỡng nhất trong quá trình kiểm tra hệ thống PV—và vì lý do chính đáng. Một hộp đấu dây năng lượng mặt trời bị lỗi có thể dẫn đến lỗi hồ quang, nguy cơ hỏa hoạn, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống và các yêu cầu bảo hành tốn kém.
Đối với các thanh tra viên, kỹ sư và nhân viên Cơ quan có thẩm quyền (AHJ), việc điều hướng các yêu cầu chồng chéo của tiêu chuẩn UL và IEC đặt ra một thách thức dai dẳng. UL 1741 chi phối các cài đặt ở Bắc Mỹ, trong khi IEC 60364-7-712 và IEC 62852 chi phối các dự án ở Châu Âu, Châu Á và phần lớn thế giới đang phát triển. Nhiều nhà sản xuất, bao gồm VIOX Electric, theo đuổi chứng nhận kép để phục vụ thị trường toàn cầu—nhưng điều này tạo thêm sự phức tạp trong quá trình xác minh tại hiện trường.
Hướng dẫn dành cho thanh tra viên này cung cấp các khuôn khổ dựa trên danh sách kiểm tra thực tế để xác minh sự tuân thủ của hộp đấu dây năng lượng mặt trời theo cả tiêu chuẩn UL và IEC. Cho dù bạn đang phê duyệt một dãy mái nhà dân dụng ở California hay một cài đặt quy mô tiện ích ở Đức, những danh sách kiểm tra này sẽ giúp bạn xác định các điểm không phù hợp, giảm thời gian kiểm tra và bảo vệ tính toàn vẹn của hệ thống ngay từ đầu.
Khuôn khổ Tiêu chuẩn UL cho Hộp đấu dây năng lượng mặt trời
UL 1741: Tiêu chuẩn tham chiếu Bắc Mỹ
UL 1741, có tiêu đề “Biến tần, Bộ chuyển đổi, Bộ điều khiển và Thiết bị Hệ thống Kết nối để Sử dụng với Tài nguyên Năng lượng Phân tán”, đóng vai trò là tiêu chuẩn chứng nhận chính cho hộp đấu dây năng lượng mặt trời ở Hoa Kỳ và Canada. Mặc dù thường liên quan đến biến tần, UL 1741 bao gồm rõ ràng các thành phần cân bằng hệ thống, bao gồm cả vỏ bọc đấu dây DC.
Hộp đấu dây được liệt kê theo UL 1741 đã được các Phòng thí nghiệm Kiểm tra Được Công nhận Quốc gia (NRTL) kiểm tra về an toàn điện, ngăn chặn hỏa hoạn, khả năng chịu dòng điện sự cố và độ bền môi trường. Tiêu chuẩn này đề cập đến cả thiết kế sản phẩm và các dấu hiệu phải xuất hiện trên thiết bị được chứng nhận.
Các yêu cầu chính của UL 1741 mà thanh tra viên xác minh:
- Sự hiện diện của dấu NRTL: Dấu UL hoặc ETL phải được gắn vĩnh viễn vào vỏ bọc.
- Xếp hạng điện áp và dòng điện: Điện áp DC tối đa (1000V hoặc 1500V) và công suất dòng điện phải được đánh dấu rõ ràng.
- Tích hợp ngắt kết nối DC: Nếu có, công tắc ngắt kết nối phải đáp ứng UL 98B.
- Thông số kỹ thuật cầu chì: Cầu chì chuỗi (khi được yêu cầu) phải sử dụng cầu chì định mức DC với các dấu hiệu ampe/điện áp có thể nhìn thấy.
- Tuân thủ nối đất và liên kết: Theo các yêu cầu của Điều 690 của NEC.
- Nhãn cảnh báo: Cảnh báo dây dẫn không nối đất và thông báo về nguy cơ điện giật phải dễ đọc.
UL 50: Xếp hạng Môi trường Vỏ bọc
UL 50 định nghĩa NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia) xếp hạng vỏ bọc được sử dụng trên khắp Bắc Mỹ. Đối với hộp đấu dây năng lượng mặt trời, hai xếp hạng chiếm ưu thế:
- NEMA 3R: Chống chịu thời tiết, phù hợp với hầu hết các cài đặt ngoài trời; bảo vệ chống mưa và mưa tuyết.
- NEMA 4X: Chống ăn mòn, cần thiết cho môi trường ven biển hoặc công nghiệp khắc nghiệt; cung cấp khả năng bảo vệ vượt trội chống lại bụi thổi và nước phun trực tiếp từ vòi.
Thanh tra viên nên xác minh rằng xếp hạng vỏ bọc phù hợp với môi trường lắp đặt. Một hộp NEMA 3R được lắp đặt cách biển 500 feet sẽ bị hỏng sớm do ăn mòn do phun muối.
Khuôn khổ Tiêu chuẩn IEC cho Hộp kết hợp năng lượng mặt trời
IEC 60364-7-712: Yêu cầu Lắp đặt cho Hệ thống PV
IEC 60364-7-712 thiết lập các tiêu chuẩn lắp đặt điện cho hệ thống cung cấp điện quang điện trên toàn thế giới. Phần 712.422 đặc biệt đề cập đến việc bảo vệ chống quá dòng trong các dãy PV, trong khi Phần 712.537 bao gồm các yêu cầu về cách ly và chuyển mạch—cả hai đều áp dụng trực tiếp cho việc kiểm tra hộp đấu dây.
Các điều khoản chính của IEC 60364-7-712:
- Định cỡ bảo vệ quá dòng: Định mức cầu chì chuỗi phải nằm trong khoảng từ 1,5x đến 2,4x dòng điện ngắn mạch của chuỗi (Isc_mod); bảo vệ mảng con phải nằm trong khoảng từ 1,25x đến 2,4x Isc của mảng con.
- Yêu cầu cách điện kép: Đối với các hệ thống vượt quá điện áp mạch hở 120V DC, Loại II (cách điện kép hoặc tăng cường) là bắt buộc.
- Thông số kỹ thuật của thiết bị ngắt kết nối: Công tắc-bộ ngắt kết nối chịu tải phải có khả năng ngắt dòng điện DC tối đa khi có tải.
- Phân cực dây dẫn: Đối với các dãy nối đất, các thiết bị quá dòng phải nằm trên dây dẫn không nối đất; các dãy nổi yêu cầu bảo vệ trên cả hai cực.
- Tuân thủ vỏ bọc: Vỏ bọc hộp đấu dây phải đáp ứng các tiêu chuẩn IEC 61439 cho cụm thiết bị đóng cắt hạ thế, giải quyết vấn đề tăng nhiệt độ và khoảng hở bên trong.
IEC 62852 và Hệ thống Xếp hạng IP
Mặc dù IEC 62852 chủ yếu đề cập đến các đầu nối DC cho hệ thống quang điện, nhưng nó thiết lập các tiêu chí bảo vệ môi trường cũng áp dụng cho vỏ bọc hộp đấu dây. Hệ thống xếp hạng Bảo vệ Chống xâm nhập (IP), được xác định trong IEC 60529, sử dụng mã hai chữ số:
- Chữ số đầu tiên (Xâm nhập Chất rắn):
- 5 = Chống bụi (cho phép xâm nhập có giới hạn)
- 6 = Chống bụi (không xâm nhập)
- Chữ số thứ hai (Xâm nhập Chất lỏng):
- 5 = Được bảo vệ chống lại tia nước
- 6 = Được bảo vệ chống lại tia nước mạnh
- 7 = Được bảo vệ chống lại sự ngâm tạm thời (lên đến 1 mét)
Đối với hầu hết các cài đặt năng lượng mặt trời ngoài trời, IP65 đóng vai trò là xếp hạng tối thiểu chấp nhận được. Môi trường ven biển, dễ ngập lụt hoặc độ ẩm cao thường yêu cầu bảo vệ IP66 hoặc IP67. Thanh tra viên nên xác minh rằng xếp hạng IP được đánh dấu phù hợp với cả điều kiện môi trường và thông số kỹ thuật của dự án.
Danh sách Kiểm tra Tài liệu Trước khi Kiểm tra
Trước khi tiến hành kiểm tra thực tế, hãy xác minh rằng các tài liệu sau có sẵn và đầy đủ. Tài liệu bị thiếu hoặc không đầy đủ là cơ sở để hoãn kiểm tra ở hầu hết các khu vực pháp lý.
Tài liệu Bắt buộc (Cài đặt UL và IEC)
- Chứng chỉ liệt kê UL 1741 (Bắc Mỹ) hoặc Tuyên bố tuân thủ IEC 61439/60947 (Quốc tế)
- Xác minh dấu NRTL (đối với UL) hoặc xác minh dấu CE (đối với IEC)
- Sơ đồ điện một đường hiển thị cấu hình chuỗi
- Tính toán điện áp và dòng điện chuỗi (Voc, Isc, Vmp, Imp)
- Tính toán định cỡ thiết bị bảo vệ quá dòng
- Hướng dẫn cài đặt của nhà sản xuất cho kiểu hộp đấu dây cụ thể
- Thông số kỹ thuật về mô-men xoắn cho tất cả các đầu nối điện
- Xác nhận xếp hạng môi trường (xếp hạng NEMA hoặc IP)
- Tuyên bố tuân thủ Điều 690 của NEC (Các công trình lắp đặt tại Hoa Kỳ)
- Phê duyệt kết nối với lưới điện địa phương
- Giấy phép xây dựng và bản vẽ điện đã được phê duyệt
- Bảng thông số kỹ thuật của mô hình tấm pin mặt trời
- Định mức cầu chì mắc nối tiếp tối đa (tuân thủ NFPA 70E)
- Dữ liệu hệ số nhiệt độ để tính toán điện áp
Việc xem xét tài liệu cần xác nhận rằng kiểu hộp đấu dây đã lắp đặt khớp với bản vẽ đã được phê duyệt. Bất kỳ thay đổi nào tại hiện trường đều yêu cầu sự chấp thuận của AHJ trước khi tiến hành kiểm tra.
Danh sách kiểm tra trực quan và vật lý
Kiểm tra vật lý xác định các lỗi lắp đặt, các điểm yếu về môi trường và các mối nguy hiểm về an toàn có thể không rõ ràng trong quá trình xem xét tài liệu.
Vỏ bọc và Gắn
- Tính toàn vẹn: Không có vết nứt, lỗ hoặc hư hỏng nào đối với thân hoặc nắp vỏ bọc.
- Các miếng đệm chống chịu thời tiết còn nguyên vẹn, không có khe hở (quan trọng đối với xếp hạng IP/NEMA)
- Vật liệu chống tia cực tím đã được xác nhận (đối với các công trình lắp đặt ngoài trời)
- Không có dấu hiệu rỉ sét hoặc ăn mòn trên vỏ kim loại
- Lắp ráp: Hộp đấu dây được gắn chắc chắn vào cấu trúc hoặc hệ thống lắp đặt.
- Phần cứng không có dấu hiệu ăn mòn hoặc lỏng lẻo
- Vị trí lắp đặt đảm bảo khả năng tiếp cận cần thiết (NEC 110.26)
- Duy trì khoảng hở theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất
- Quản lý nhiệt: Các cổng thông gió không có mảnh vụn và vật cản.
- Hộp không bị làm nóng trực tiếp bởi ánh nắng mặt trời tập trung (trừ khi được xếp hạng)
- Khoảng cách đầy đủ với các thiết bị sinh nhiệt khác
Đầu vào cáp và Giảm căng
- Niêm phong: Tất cả các đầu vào cáp đều được trang bị các đầu nối hoặc ống lót thích hợp.
- Các ống lót được siết chặt đúng cách để duy trì xếp hạng IP/NEMA
- Các đầu vào cáp không sử dụng được bịt kín bằng nút bịt
- Các kết nối ống dẫn an toàn và kín thời tiết
- Hỗ trợ: Cáp được xác định và dán nhãn đúng cách tại các điểm vào.
- Đảm bảo giảm căng thích hợp cho tất cả các dây dẫn
- Xác minh danh sách dây PV cho hệ thống dây DC một dây dẫn hở
- Hỗ trợ cáp được cung cấp trong khoảng cách yêu cầu
Kiểm tra thành phần bên trong
- Hợp nhất: Tất cả các vị trí chuỗi được trang bị cầu chì thích hợp (khi được yêu cầu theo NEC 690.9).
- Cầu chì được định mức cho hoạt động DC với định mức điện áp chính xác
- Không có bằng chứng về quá nhiệt (đổi màu, cách điện bị nóng chảy)
- Giá đỡ cầu chì an toàn và tiếp xúc đúng cách
- Chuyển mạch: Công tắc hoạt động trơn tru trong suốt hành trình đầy đủ.
- Vị trí BẬT/TẮT được đánh dấu rõ ràng và hoạt động
- Có sẵn và hoạt động chức năng khóa tay cầm
- Các tiếp điểm của công tắc không có vết rỗ hoặc cháy
- Nền tảng: Dây dẫn nối đất thiết bị hiện diện và được kết nối đúng cách.
- Thanh cái nối đất an toàn và có kích thước phù hợp
- Dây nối được lắp đặt trên tất cả các thành phần kim loại
- Điện trở nối đất được xác minh <25 ohms (theo yêu cầu của NEC)
- Chấm dứt: Tất cả các đầu cuối đều được nhìn thấy chặt chẽ (sử dụng cờ lê lực để xác minh).
- Không có dấu hiệu ăn mòn trên các đầu cuối hoặc thanh cái bằng đồng
- Quan sát đúng cực tính (dương với dương, âm với âm)
- Dây đi vào các đầu cuối theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất
Danh sách kiểm tra kiểm tra và xác minh điện
Cảnh Báo An Toàn: Tất cả các thử nghiệm điện phải được thực hiện với thiết bị bảo vệ cá nhân (PPE) thích hợp và sau khi xác nhận rằng hộp đấu dây có thể được cách ly an toàn. Điện áp DC trong hộp đấu dây năng lượng mặt trời có thể vượt quá 1000V và gây ra các mối nguy hiểm nghiêm trọng về điện giật và hồ quang điện.
Xác minh an toàn trước khi kiểm tra
- Ngắt kết nối công tắc ở vị trí TẮT và khóa (nếu được trang bị).
- Đầu vào chuỗi có thể được cách ly an toàn để thử nghiệm
- Biển báo cảnh báo được dán trong quá trình thử nghiệm
- PPE được xếp hạng hồ quang được mặc theo tính toán ranh giới hồ quang điện NFPA 70E.
- Các công cụ cách điện và thiết bị kiểm tra được định mức đúng cách được sử dụng
- Cần có người có chuyên môn thứ hai khi thực hiện kiểm tra điện áp cao
Đo điện áp và dòng điện
- Điện áp hở mạch (Voc): Đo Voc trên mỗi chuỗi dưới bức xạ mặt trời.
- Xác minh Voc không vượt quá định mức điện áp tối đa của hộp kết hợp
- So sánh Voc đo được với các giá trị đã tính toán (sai số phải trong khoảng 5%)
- Dòng điện hoạt động: Đo dòng điện hoạt động từ mỗi chuỗi khi có tải.
- Xác minh sự cân bằng dòng điện giữa các chuỗi (sai lệch <10% cho thấy các vấn đề tiềm ẩn)
- Xác nhận dòng điện không vượt quá định mức của cầu chì hoặc thanh cái
- Cực tính: Xác nhận cực tính dương và âm trên tất cả các đầu vào chuỗi.
- Xác minh mã màu nhất quán (thường là đỏ = dương, đen = âm)
- Kiểm tra các kết nối phân cực ngược (điều kiện không đạt ngay lập tức)
Kiểm tra cách điện và nối đất
- Điện trở cách điện:
- Kiểm tra giữa dây dẫn dương và đất: tối thiểu 1 megohm
- Kiểm tra giữa dây dẫn âm và đất: tối thiểu 1 megohm
- Kiểm tra giữa dây dẫn dương và âm: tối thiểu 1 megohm
- Lưu ý: Tham khảo ý kiến của nhà sản xuất mô-đun trước khi kiểm tra; một số bảo hành không bao gồm kiểm tra megger
- Tính liên tục của đất: Xác minh tính liên tục của đường dẫn nối đất từ hộp kết hợp đến đất hệ thống.
- Đo điện trở nối đất: phải <25 ohms theo NEC 250.53
- Xác nhận liên kết giữa tất cả các bộ phận vỏ kim loại
- Chống sét lan truyền: Kiểm tra SPD chỉ báo trạng thái (xanh lá cây = tốt, đỏ = thay thế).
- Xác minh định mức điện áp SPD phù hợp hoặc vượt quá Voc của hệ thống
- Xác nhận SPD được kết nối đúng cách giữa mỗi cực và đất
Kiểm tra chức năng
- Hoạt động của công tắc: Xác minh công tắc ngắt dòng điện trong điều kiện có tải.
- Kiểm tra chức năng khóa/treo thẻ cơ học
- Xác nhận chỉ báo ngắt mạch có thể nhìn thấy khi công tắc mở
- Giám sát: Xác minh độ chính xác của việc giám sát dòng điện ở cấp chuỗi (nếu được trang bị).
- Kiểm tra các chức năng báo động cho các điều kiện quá dòng hoặc lỗi
- Xác nhận giao tiếp giám sát từ xa hoạt động
Yêu cầu về chứng nhận và đánh dấu
Ghi nhãn và đánh dấu chứng nhận thích hợp không chỉ là các thủ tục hành chính—chúng cung cấp thông tin an toàn quan trọng và bảo vệ trách nhiệm pháp lý. Thiếu hoặc đánh dấu không chính xác là những lý do phổ biến dẫn đến việc kiểm tra không thành công.
Yêu cầu về dấu UL (Bắc Mỹ)
- Dấu chứng nhận: Dấu UL, ETL, CSA hoặc NRTL khác được gắn vĩnh viễn vào vỏ.
- Dấu hiệu có thể nhìn thấy rõ ràng mà không cần mở vỏ
- Số kiểm soát có thể truy nguyên đến cơ sở dữ liệu chứng nhận
- Bảng thông số: Tên nhà sản xuất và số kiểu máy.
- Định mức điện áp DC tối đa (ví dụ: “1000V DC Max” hoặc “1500V DC Max”)
- Dòng điện tối đa trên mỗi chuỗi và tổng công suất dòng điện
- Định mức môi trường (ví dụ: “NEMA 4X” hoặc “Sử dụng ngoài trời”)
- Định mức nhiệt độ môi trường nếu khác 25°C (77°F)
- Cảnh báo an toàn: “CẢNH BÁO: NGUY HIỂM ĐIỆN GIẬT” được hiển thị nổi bật.
- Cảnh báo dây dẫn không nối đất (nếu có): “Dây dẫn DC có thể được cấp điện”
- “Dấu ”ON“ và ”OFF” cho công tắc ngắt kết nối
- Thông số kỹ thuật thay thế cầu chì (ampe, điện áp, định mức DC)
Yêu cầu về dấu IEC (Quốc tế)
- CE Mark: Hiển thị trên vỏ hoặc bảng thông số.
- Kèm theo tài liệu tuyên bố về sự phù hợp
- Tuân thủ Chỉ thị về điện áp thấp 2014/35/EU
- Chuẩn Tài Liệu Tham Khảo: Tham chiếu đến IEC 61439 hoặc IEC 60947 trên bảng thông số.
- Định mức IP được đánh dấu rõ ràng (ví dụ: “IP65” hoặc “IP66”)
- Điện áp hoạt động định mức (Ue) và dòng điện (Ie)
- Biểu tượng: Biểu tượng cảnh báo điện áp DC (biểu tượng IEC 60417).
- Cảnh báo đa ngôn ngữ nếu được yêu cầu bởi thị trường đích
- Grounding/bonding symbol where applicable
Nhãn dán tại chỗ
- Nhận dạng chuỗi: Mỗi đầu vào chuỗi được dán nhãn với vị trí mảng tương ứng.
- Nhận dạng đầu ra: Các đầu cuối đầu ra được dán nhãn cho đích đến (biến tần, bộ điều khiển sạc, v.v.).
- Đánh dấu cực tính (ký hiệu + và –) trên tất cả các đầu cuối DC
- Thông tin hệ thống: Điện áp hệ thống tối đa hiện tại.
- Định mức dòng ngắn mạch
- Ngày lắp đặt và thông tin nhận dạng người lắp đặt
- Thông tin liên hệ khẩn cấp
Các vấn đề không tuân thủ phổ biến
Dựa trên dữ liệu kiểm tra tại chỗ và báo cáo của AHJ, các vấn đề sau chiếm phần lớn các lỗi kiểm tra hộp kết hợp năng lượng mặt trời:
- Thiếu hoặc sử dụng cầu chì không đúng cách: Cầu chì chuỗi bị bỏ qua khi NEC 690.9 yêu cầu (ba chuỗi trở lên), hoặc cầu chì có kích thước quá nhỏ/quá lớn so với định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun.
- Định mức môi trường không chính xác: Hộp NEMA 3R được lắp đặt trong môi trường ven biển ăn mòn, hoặc vỏ bọc được xếp hạng trong nhà được sử dụng ngoài trời mà không có biện pháp bảo vệ thời tiết thích hợp.
- Tiếp đất không đầy đủ: Thiếu dây dẫn tiếp đất thiết bị, dây tiếp đất có kích thước quá nhỏ hoặc kết nối kém dẫn đến điện trở tiếp đất > 25 ohms.
- Vi phạm thông số kỹ thuật mô-men xoắn: Kết nối đầu cuối lỏng lẻo do ứng dụng mô-men xoắn không đúng cách, dẫn đến các điểm nóng và các lỗi hồ quang tiềm ẩn.
- Lỗi tuyến cáp: Các lỗ cáp không sử dụng bị bỏ trống (ảnh hưởng đến xếp hạng IP/NEMA), hoặc các loại tuyến không phù hợp được sử dụng cho các kích thước cáp hiện tại.
- Ghi nhãn không đầy đủ: Thiếu nhãn cảnh báo, nhãn mờ hoặc không đọc được, hoặc không dán nhãn các mạch chuỗi riêng lẻ để nhận dạng.
- Không khớp định mức điện áp: Hộp kết hợp được định mức cho 1000V DC được lắp đặt trên hệ thống có Voc tính toán vượt quá giá trị này do điều kiện nhiệt độ lạnh.
Kết luận: Các phương pháp hay nhất để kiểm tra hiệu quả
Kiểm tra hộp kết hợp năng lượng mặt trời theo tiêu chuẩn UL và IEC đòi hỏi sự cân bằng giữa tính kỹ lưỡng và hiệu quả. Bằng cách tuân theo danh sách kiểm tra có cấu trúc và ưu tiên các mục quan trọng về an toàn—xác minh chứng nhận, bảo vệ quá dòng, tiếp đất và xếp hạng môi trường—các thanh tra viên có thể xác định các sự không phù hợp quan trọng nhất trong khi vẫn duy trì thời gian kiểm tra hợp lý.
Các nhà sản xuất như VIOX Electric theo đuổi chứng nhận UL/IEC kép giúp đơn giản hóa nhiệm vụ của thanh tra viên bằng cách đảm bảo sản phẩm đáp ứng cả yêu cầu của Bắc Mỹ và quốc tế. Khi đánh giá hộp kết hợp năng lượng mặt trời để phê duyệt, hãy luôn xác minh rằng tài liệu khớp với thiết bị đã lắp đặt, tất cả các nhãn an toàn đều có và dễ đọc, đồng thời thử nghiệm điện xác nhận tính toàn vẹn của hệ thống.
Việc sử dụng thường xuyên các danh sách kiểm tra này sẽ giảm thiểu việc làm lại kiểm tra, bảo vệ độ tin cậy của hệ thống và cuối cùng góp phần vào việc triển khai an toàn các hệ thống quang điện mặt trời trên toàn thế giới.
