Nếu bạn đang thiết kế một dãy pin mặt trời, bạn biết quy tắc vàng của kỹ thuật điện: Dây dẫn phải được bảo vệ bằng cầu chì hoặc máy cắt.
Vì vậy, khi bạn nghiên cứu kỹ Mục 690.9 của Bộ luật Điện Quốc gia (NEC), bạn có thể bắt gặp một điều khoản khiến bạn dừng lại. Nó gợi ý rằng nếu bạn có hai chuỗi tấm pin mặt trời được đấu song song, bạn không cần phải lắp đặt cầu chì.
Điều này có vẻ sai. Cảm giác như một lỗi đánh máy. Làm thế nào một nguồn điện lại không yêu cầu bảo vệ?
Chào mừng đến với “Nghịch lý Cầu chì”.”
Quy tắc này tồn tại không phải vì NEC lỏng lẻo về an toàn, mà vì vật lý của một tấm pin mặt trời về cơ bản khác với pin hoặc lưới điện. Hiểu được nghịch lý này là chìa khóa để phân biệt một người lắp đặt “tối thiểu theo quy định” với một kỹ sư năng lượng mặt trời thực thụ.
Vật lý: “Ai đang tấn công ai?”
Để hiểu tại sao bạn không cần cầu chì, trước tiên bạn phải hiểu cầu chì thực sự bảo vệ chống lại điều gì trong một hệ thống PV.
Trong một mạch điện tiêu chuẩn của ngôi nhà, cầu chì bảo vệ dây dẫn khỏi nguồn (lưới điện). Nếu bạn làm ngắn mạch một dây, lưới điện sẽ đổ dòng điện vô hạn cho đến khi dây bị nóng chảy.
Các tấm pin mặt trời thì khác. Chúng là “Nguồn giới hạn dòng điện”.”
Nếu bạn có một tấm pin mặt trời 10A và bạn làm ngắn mạch các dây cáp dương và âm của nó lại với nhau, nó sẽ không phát nổ. Nó sẽ chỉ tạo ra... khoảng 10-11 Ampe (Dòng điện ngắn mạch của nó, hay Isc). Về mặt vật lý, nó không thể tạo ra dòng điện lớn hơn mức mà mặt trời cho phép.
Do đó, một tấm pin mặt trời không thể tự cháy.
Vậy, tại sao chúng ta lại lắp cầu chì cho các dãy PV? Chúng ta không bảo vệ tấm pin khỏi chính nó. Chúng ta đang bảo vệ nó khỏi những "người hàng xóm" của nó.
Sự nguy hiểm là Dòng điện ngược. Nếu một chuỗi bị lỗi (ví dụ: đoản mạch bên trong một mô-đun), các khác chuỗi song song sẽ đổ năng lượng của chúng ngược lại vào chuỗi bị hỏng.
Toán học: Miễn trừ “2 chuỗi”
Hãy chạy phép toán cho phép “Nghịch lý Cầu chì” tồn tại.
Các biến số:
- Panel Isc (Dòng điện ngắn mạch): 10 Ampe (Sức mạnh tấn công).
- Định mức cầu chì nối tiếp tối đa: 15 Ampe (Sức mạnh phòng thủ). Điều này được in ở mặt sau của mỗi tấm pin mặt trời. Nó cho bạn biết tấm pin có thể xử lý bao nhiêu dòng điện ngược trước khi nó bắt lửa.
Tình huống A: 2 chuỗi song song (“Thế bế tắc”)
Bạn có Chuỗi 1 và Chuỗi 2 được kết nối song song.
- Lỗi: Chuỗi 1 bị đoản mạch.
- Cuộc tấn công: Chuỗi 2 chảy ngược vào Chuỗi 1.
- Tính toán dòng điện: Nguồn dòng điện duy nhất là Chuỗi 2. Vì vậy, lực tấn công là 10 Ampe.
- Kết Quả: Cuộc tấn công 10A nhỏ hơn giới hạn 15A (Định mức cầu chì nối tiếp tối đa) của Chuỗi 1.
Tấm pin có thể xử lý nhiệt. Dây dẫn có thể xử lý nhiệt. Không xảy ra cháy.
Lời tuyên án: NEC 690.9 nói Không yêu cầu cầu chì.
Tình huống B: 3 chuỗi song song (“Phục kích”)
Bây giờ, bạn thêm một chuỗi thứ ba.
- Lỗi: Chuỗi 1 bị đoản mạch.
- Cuộc tấn công: Chuỗi 2 (10A) VÀ Chuỗi 3 (10A) cả hai đều chảy ngược vào Chuỗi 1.
- Tính toán dòng điện: 10A + 10A = 20 Amps.
- Kết Quả: Cuộc tấn công 20A lớn hơn giới hạn 15A của Chuỗi 1.
Chuỗi 1 hiện bị quá tải. Nó quá nóng. Nó tan chảy. Mái nhà bắt lửa.
Lời tuyên án: NEC 690.9 nói Cầu chì là BẮT BUỘC trên mọi chuỗi.
Vượt ra ngoài quy định: Tại sao bạn vẫn nên lắp cầu chì
Vì vậy, nếu bạn có hệ thống 2 chuỗi, quy định nói rằng bạn có thể tiết kiệm tiền và bỏ qua việc lắp cầu chì hộp kết hợp.
Nhưng hãy hỏi bất kỳ kỹ thuật viên dịch vụ kỳ cựu nào, và họ sẽ cho bạn biết: “Dù sao thì cứ lắp cầu chì đi.”
Đây là lý do tại sao “Mức Tối Thiểu Theo Tiêu Chuẩn” không phải là “Thông Lệ Tốt Nhất”.”
1. Cơn Ác Mộng “Ngắt Điện Khi Còn Nóng”
Tuân thủ tiêu chuẩn là tốt cho đến khi bạn phải sửa chữa thứ gì đó.
Nếu bạn bỏ qua hộp giữ cầu chì (thường đóng vai trò như một công tắc ngắt), các chuỗi của bạn sẽ được đấu nối cứng với nhau (thường bằng đầu nối chữ Y).
Nếu bạn cần khắc phục sự cố Chuỗi 1, bạn phải rút các đầu nối MC4. Nếu trời nắng, mạch đó đang có tải. Rút đầu nối MC4 khi đang có tải sẽ tạo ra Hồ Quang DC—một ngọn lửa plasma có thể làm tan chảy các tiếp điểm đầu nối và đốt cháy tay bạn.
Một VIOX PV Giá đỡ cầu chì cung cấp cho bạn một cách an toàn, chống chạm để “tắt” một chuỗi trước khi bạn làm việc trên nó. Bạn mở giá đỡ ra, mạch bị ngắt bên trong một buồng kín và bạn được an toàn.
2. Yếu Tố “Đảm Bảo Cho Tương Lai”
Các hệ thống năng lượng mặt trời phát triển. Bạn có thể bắt đầu với 2 chuỗi ngày hôm nay. Ba năm sau, bạn có thể muốn thêm chuỗi thứ 3 để sạc xe điện.
Nếu bạn đấu nối cứng hệ thống 2 chuỗi của mình mà không có cầu chì (vì “Tiêu chuẩn nói rằng tôi không cần chúng”), việc thêm chuỗi thứ 3 đó đột nhiên khiến toàn bộ mảng hiện có của bạn trở nên bất hợp pháp và nguy hiểm. Bạn phải tháo bỏ hệ thống dây điện và bắt đầu lại.
Nếu bạn đã cài đặt một Hộp kết hợp VIOX với hộp giữ cầu chì ngay từ đầu, việc thêm một chuỗi là cắm và chạy. Bạn đã được bảo vệ.
Tóm tắt: Đừng Khôn Hơn Sự An Toàn Của Bạn
“Nghịch lý Cầu chì” là một mẩu thông tin kỹ thuật thú vị, nhưng đó là một triết lý thiết kế tồi.
Mặc dù vật lý của hệ thống 2 chuỗi có thể cứu bạn khỏi hỏa hoạn, nhưng việc bỏ qua cầu chì sẽ tước đi khả năng kiểm soát, an toàn và khả năng mở rộng của bạn.
- N ≤ 2 Chuỗi: Cầu chì là tùy chọn (nhưng được khuyến nghị để cách ly).
- N ≥ 3 Chuỗi: Cầu chì là bắt buộc (để phòng cháy chữa cháy).
Đừng chỉ xây dựng cho việc kiểm tra; hãy xây dựng cho 20 năm vận hành sau đó.
Kỹ Thuật Chính Xác Chú Ý
- Tiêu chuẩn:
- NEC 690.9 (Bảo Vệ Quá Dòng): Xác định các yêu cầu để bảo vệ mạch nguồn PV.
- Ngoại lệ: Không bắt buộc phải có cầu chì nếu dòng điện ngắn mạch từ tất cả khác các nguồn không vượt quá khả năng chịu tải của dây dẫn hoặc định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun.
- Công thức: Quy tắc chung để yêu cầu cầu chì là:
(N - 1) x Isc > Định Mức Cầu Chì Nối Tiếp Tối Đa.- Trong đó N là số lượng chuỗi song song.
- Isc là Dòng Điện Ngắn Mạch của tấm pin (đã điều chỉnh các hệ số an toàn về nhiệt độ/độ rọi, thường là 1,25).
- Giải Pháp VIOX: VIOX sản xuất cầu chì gPV 10x38mm được thiết kế đặc biệt để ngắt các sự cố quá dòng thấp thường gặp trong các mảng năng lượng mặt trời DC, mà cầu chì AC tiêu chuẩn có thể không ngắt được.
