Quelle: iaeimagazine.org
Der perfekte Sturm von Lightning für die Zerstörung ist auf dem Sonnenfeld. Solarmodule 'groß - und oft exponiert und isoliert - Ort, machen den Anstiegsschutz für die Lebensdauer von entscheidender Bedeutung.
Blitz ist eine elektrische Entladung in der Atmosphäre. Bei Blitzschlägen sind Brände aufgrund der Freisetzung von Energie anfällig für die Energieversorgung. Nimbus -Wolken (Regenwolken) haben eine Konzentration an elektrischer Ladung, und ihre Akkumulation erzeugt eine Ionisierung der Luft. Die Ionisierung der Luft, die zwischen dem Boden und den Nimbus -Wolken liegt, erzeugt eine Entladung von den Wolken zum Boden. Nimbus -Wolken verursachen die größten Anstände, weil sie einen Blitz erzeugen.
Indirekte Blitzschläge sind destruktiv. Anekdotische Beobachtungen über die Blitzaktivität sind normalerweise ein schlechter Indikator für das Blitzniveau - induzierte Überspannungen in PV -Arrays1. Indirekte Blitzschläge können die empfindlichen Komponenten innerhalb von PV -Geräten leicht schädigen, die häufig hohe Kosten für die Reparatur oder Ersetzung der beschädigten Komponenten haben und die Zuverlässigkeit des PV -Systems beeinflussen1. Die Überspannung hängt von den Einstellungsbedingungen jedes PV -Systems und der Wirts ab.
PV -Systeme sind in großen Freiflächen ausgesetzt, typischerweise in Feldern oder auf den Spitzen von Gebäuden. Aufgeladene Regenwolken, die sich über solche offenen Felder ansammeln, haben die Neigung, die Ladung in Form von Blitz freizusetzen. In diesem Fall wird wahrscheinlich eine Spannungssteigerung auftreten. Je expansiver das Feld ist, desto wahrscheinlicher ist die Wahrscheinlichkeit.
Elektronische Geräte können leicht bis zum katastrophalen Versagen durch Anstände beschädigt werden. Wenn ein Anstieg auftritt, wenn ein Personal anwesend ist, wird dies auch seine Sicherheit gefährden. Indirekte Blitzschläge können tödlich sein, wenn die Person innerhalb von 60 Fuß vom Punkt des Blitzschlags entfernt ist [2]. Wenn sich ein PV -System auf einem Industriegebiet befindet, sind auch die Geschäftsbetriebe und Ausrüstung gefährdet. Wechselrichter sind teuer, aber für industrielle Anwendungen sind ein noch teureres Versagen die Kosten für Ausfallzeiten.
Wenn ein Blitz auf ein Solar -PV -System schlägt, verursacht es einen induzierten transienten Strom und eine Spannung innerhalb der Solar -PV -Systemdrahtschleifen. Diese transienten Ströme und Spannungen werden an den Geräteklemmen erscheinen und verursachen wahrscheinlich Isolier- und dielektrische Ausfälle innerhalb der Solar -PV -Elektro- und Elektronikkomponenten wie PV -Panels, Wechselrichter, Steuerung und Kommunikationsgeräte2sowie Geräte in der Gebäudeinstallation3. Die Array -Box, der Wechselrichter und das MPPT (Maximum Power Point Tracker) haben die höchsten Fehlerpunkte.
Um zu verhindern, dass eine hohe Energie durch die Elektronik verläuft und das PV -System mit hoher Spannung beschädigt wird, müssen Spannungsstschwures einen Weg zum Boden haben. Zu diesem Zweck sollten alle leitenden Oberflächen direkt geerdet sein und alle Verkabelungen, die in das System eintreten und das System verlässt (z. B. Ethernet -Kabel und Wechselstromkabeln), über ein Surge -Schutzgerät (SPD) mit dem Messung durch ein Surge -Schutzgerät gekoppelt werden.
Für jede Gruppe der Saiten in der Array -Box, der Rekombinerbox sowie der DC -Trennung wird eine SPD benötigt.
Klassifizierungen des Anstiegsschutzgeräts
SPDs bieten Schutz vor den durch Anstieg verursachten Gefahren.
UL 1449 [4] definiert Typ 1, Typ 2 und Typ 3 SPDS:
Typ 1:Ein Port, dauerhaft angeschlossene SPDs, mit Ausnahme von Watt {- Stunden -Meter -Socket -Gehäuse, die für die Installation zwischen dem Sekundär des Service -Transformators und der Linienseite des Service -Geräts überströme Geräte sowie der Lastseite, einschließlich der von Watt -}} -K -Stündungsstunde, ohne die zu installierten, ohne Externe, die zu installiert sind, bestimmt sind. Typ -1 -SPDs zur Verwendung in PV -Systemen können zwischen dem PV -Array und dem Hauptdienst Trennen verbunden werden.
Typ 2:Dauerhaft angeschlossene SPDs, die zur Installation auf der Lastseite des Service -Gerätes übertreue Gerät vorgesehen sind; einschließlich SPDS am Zweigfeld und geformten Gehäuse SPDS. Der IMAX -Wert ist der maximale einzelne Entladungsstrom, der durch eine Wellenform von 8/20 µs dargestellt wird, die die SPD unterstützen kann.
Typ 3:Auslastungspunkt, SPDS, installiert mit einer minimalen Leiterlänge von 10 Metern vom elektrischen Servicebereich bis zum Auslastungspunkt, beispielsweise angeschlossener Kabel, direkter Stecker - IN, Steckdose und SPDS, die an den geschützten Nutzungsgeräten installiert sind. Die Entfernung (10 Meter) enthält ausschließlich Leiter, die mit SPDS versehen sind oder verwendet werden.
Typ -1 -SPDS schützen vor direkten Blitzangaben und sind durch 10/350 µs Stromwelle charakterisiert. Typ -1 -SPDs werden in zentralen Wechselrichtern verwendet.
Typ -2 -SPDs schützen vor indirekten Blitzschlägen, die durch 8/20 µs Wellenformen gekennzeichnet sind. Eine Wellenform von 8/20 µs bedeutet, dass der Streik eine Anstiegszeit von 8 µs und eine Dauer auf eins - halber Peak von 20 µs hat. Typ -2 -SPDs verhindern die Ausbreitung der Überspannung in elektrische Installationen und Geräte. Sie schützen auch vor Lightning's elektromagnetischer Wirkung, der einen Anstieg innerhalb des Drahtes ausbreitet.
Ein SPD vom Typ 2 sollte für jeden MPPT und in String -Wechselrichtern und Array -Boxen verwendet werden.
Die Kisten, in denen Anstände auftreten, werden normalerweise durch indirekte Streiks beschädigt. Es ist nicht nur die Art von Material und Höhe, sondern auch die Form, die die Fähigkeit eines Objekts beeinflusst, Blitzschläge anzuziehen. Wenn die Form der Box oder des Materials eine Neigung hat, Blitzangriffe anzuziehen, sollte ein SPD vom Typ 1 oder eine Blitzstange verwendet werden.
Höhe, spitze Formen und Isolation sind die dominierenden Eigenschaften, die bestimmen, wo Blitzschläge. Es ist ein Mythos, dass Metall Blitz anzieht. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass SPDS für jedes PV -System für jedes PV -System für jedes PV -System für jedes PV -System aufgrund ihrer inhärenten Anfälligkeit für direkte und indirekte Streiks von wesentlicher Bedeutung sind, egal wo sich die PV -Farm befindet.
Auswahl und Installation von PV -Systemen für PV -Systeme
PV -Systeme haben einzigartige Eigenschaften, die daher die Verwendung von SPDs erfordern, die speziell für PV -Systeme entwickelt wurden.
PV -Systeme haben hohe DC -Systemspannungen von bis zu 1500 Volt. Ihr maximaler Leistungspunkt arbeitet nur mit wenigen Perzentilen unter dem Kurzschlussstrom des Systems.
Um das richtige SPD -Modul für das PV -System und seine Installation zu bestimmen, müssen Sie wissen:
die blitzrunde Blitzdichte;
die Betriebstemperatur des Systems;
die Spannung des Systems;
die Kurzschlusstroms des Systems;
das Maß an Wellenform, der vor (indirekter oder direkter Blitz) geschützt werden soll; Und
der nominale Entladungsstrom.
Die SPD -Anforderungen für eine Installation, die durch ein externes Blitzschutzsystem (LPS) geschützt ist, hängt von der ausgewählten Klasse des LPS ab und ob der Trennabstand zwischen LPS und die PV -Installation isoliert oder nicht - isoliert [4]. IEC 62305-3 beschreibt die Trennungsanforderungen für einen externen LPS.
Um eine Schutzwirkung zu erzielen, sollte ein SPD -Spannungsschutzniveau (UP) 20 % niedriger sein als die dielektrische Festigkeit der Anschlussgeräte des Systems.
Es ist wichtig, eine SPD mit einem Kurzschluss -Widerstandsstrom mehr zu verwenden als der Kurzschlussstrom der Solar -Array -Zeichenfolge, an die die SPD angeschlossen ist. Das SPD, das auf dem Gleichstromausgang bereitgestellt wird, muss eine DC MCOV aufweisen oder größer als die maximale Photovoltaik -Systemspannung des Panels.
Wenn Blitz an Punkt A (siehe Abbildung 1) schlägt, werden das Solar -PV -Panel und der Wechselrichter wahrscheinlich beschädigt. Nur der Wechselrichter wird beschädigt, wenn der Blitz an Punkt B geschlagen wird. Der Wechselrichter ist jedoch in der Regel die teuerste Komponente innerhalb eines PV -Systems. Deshalb ist es wichtig, die richtige SPD sowohl auf AC- als auch auf DC -Linien richtig auszuwählen und zu installieren. Je näher der Streik dem Wechselrichter liegt, desto schädlicher wird der Wechselrichter.
Abbildung 1.Lightning Strike -Standort.
SPDS für die Gleichstromseite der Photovoltaiksysteme
PV -Quellen haben sehr unterschiedliche Strom- und Spannungseigenschaften als herkömmliche DC -Quellen: Sie haben eine lineare charakteristische Non - und verursachen lange - Begriff Persistenz entzündeter Bögen. Daher erfordern PV -Stromquellen nicht nur größere PV -Switches und PV -Sicherungen, sondern auch einen Trennsatz für das Surge -Schutzgerät, das an diese einzigartige Natur angepasst und mit PV -Strömen fertig werden kann.
Die auf der Gleichstromseite installierte SPDS müssen immer speziell für DC -Anwendungen ausgelegt sein. Die Verwendung einer SPD auf der falschen Wechselstrom- oder DC -Seite ist unter Fehlerbedingungen gefährlich.
Wenn SPDS auf der Gleichstromseite verwendet werden, müssen sie aufgrund der möglichen Unterschiede auch auf der Wechselstromseite verwendet werden.
SPDS für die Wechselstromseite
Der Schleifschutz ist für die Wechselstromseite genauso wichtig wie für die DC -Seite. Stellen Sie sicher, dass die SPD speziell für die Wechselstromseite ausgelegt ist.
Für einen optimalen Schutz sollte die SPD speziell für das System dimensioniert werden. Die richtige Auswahl garantiert den besten Schutz mit der längsten Lebensdauer.
Auf der Wechselstromseite können mehrere Wechselrichter mit derselben SPD verbunden werden, wenn sie dieselbe Gitterverbindung teilen.
Installation
SPDS sollten immer stromaufwärts der Geräte installiert werden, die sie schützen werden. NFPA 780 12.4.2.1 sagt, dass der Schubschutz für die DC -Ausgabe des Solarpanels von positiv zu Boden und negativ zu Boden, am Kombinierer und Rekombiner für mehrere Sonnenkollektoren sowie bei der Wechselstromausgabe des Wechselrichters bereitgestellt werden muss.
Die ordnungsgemäße Installation einer SPD beruht auf drei Werten, nämlich:
Maximale kontinuierliche Betriebsspannung: Die Spannung, die die SPD aktiviert.
Spannungsschutzniveau: Die Überspannungskategorie der Ausrüstung muss höher sein als der Spannungsschutz des SPD.
Nenner Entladungsstrom: Der Spitzenwert der Wellenform (8/20 µs für Typ -2 -SPDs), dass die SPD nach wiederholten Anständen standhalten kann.
Kabel
Die Kabel in PV -Systemen werden häufig über große Entfernungen ausgedehnt, sodass sie den Netzverbindungspunkt erreichen können. Es werden jedoch nie lange Kabellängen empfohlen, und PV -Systeme sind weit entfernt von einer Ausnahme.
Dies liegt daran, dass die Wirkung von Feld - basiert und elektrische Interferenzen durchgeführt, die durch Blitzentladungen in Bezug auf die zunehmenden Kabellängen und Leiterschleifen zunimmt. Wenn eine vorübergehende Überspannung auftritt, kann jeder induktive Spannungsabfall in den Verbindungskabeln die Schutzwirkung des SPD schwächen. Dies ist weniger wahrscheinlich, wenn die Kabel so kurz wie möglich geleitet werden.
Die Überspannungsspannung trägt ein wesentlicher Beitrag zum Kabelversagen bei, und jeder Impuls auf einem Kabel trägt zur Verschlechterung der Isolationsfestigkeit des Kabels bei.
Wenn ein Anstieg in einen Stand {- allein PV -System (ein System, das weit vom Stromnetz entfernt ist) injiziert wird, können alle Gerätevorgänge, die mit Solarstrom angetrieben werden, wie medizinische Geräte oder Wasserversorgung, unterbrochen werden.
Die Position und Menge der zu installierenden SPDs auf der Gleichstromseite hängen von der Kabellänge zwischen den Sonnenkollektoren und dem Wechselrichter ab (siehe Tabelle 1). Wenn die Länge weniger als 10 Meter beträgt, ist nur eine SPD erforderlich und die SPD sollte in derselben Umgebung wie der Wechselrichter installiert werden. Wenn die Länge des Kabels mehr als 10 Meter beträgt, installieren Sie eine SPD in der Nähe des Wechselrichters sowie eine zweite SPD in der Box, die sich in der Nähe des Sonnenfelds befindet.
Routenkabel so, dass große Leiterschleifen vermieden werden. Wechselstrom- und DC -Linien und Datenleitungen müssen zusammen mit den Equipotential -Bonding -Leitern entlang der gesamten Route geleitet werden, um sicherzustellen, dass Leiterschleifen nicht über mehrere Zeichenfolgen oder beim Verbinden des Wechselrichters an die Gitterverbindung gebildet werden.
Tabelle 1.SPD -Auswahl.
Wie man SPDs mit Wechselrichtern kombiniert
PV -Farmen bestehen aus sehr empfindlichen Geräten, die expansiven Schutz benötigen. Da PV -Farmen eine Gleichstromleistung (DC) erzeugen, sind Wechselrichter (die erforderlich sind, um diese Leistung von DC in AC zu konvertieren) eine wesentliche Komponente für ihre elektrische Produktion. Leider sind Wechselrichter nicht nur sehr anfällig für Blitzangriffe, sondern sie sind auch unglaublich teuer.
NFPA 780,Standard für die Installation von Blitzschutzsystemen, in 12.4.2.3 erfordert zusätzliche SPDs am DC -Eingang des Wechselrichters, wenn der Systemwechselrichter mehr als 30 Meter vom nächstgelegenen Combiner- oder Rekombiner -Box entfernt ist.
Installieren Sie die SPD zwischen den Sicherungen und dem Wechselrichter, wenn String -Beschützer vorhanden sind (z. B. Sicherungen, DC -Breaker oder Stringdioden) [siehe Abbildung 2].
Abbildung 2.SPD korrekt und fälschlicherweise mit Wechselrichter mit String -Beschützern verbunden.
Um eine SPD zu verbinden, wenn ein Wechselrichter mit einem integrierten Sicherungskasten vorhanden ist, stellen Sie sicher, dass die internen Sicherungen umgangen werden und dass die externen String -Sicherungen verbunden sind (siehe Abbildung 3). Die SPDs müssen außerhalb des Wechselrichters und in einem NEMA -Typ - 3 R oder höher montiert werden, wenn es sich um eine Außenanwendung handelt.
String -Wechselrichter sollten so nahe wie möglich an den Saiten installiert werden. SPD -Kabel, die sich mit dem L+/L - -Netz und zwischen dem Klemme- und Boden -Busch der SPD -Klemme und der Bodenbaum befinden, müssen weniger als 2,5 Meter betragen. Je kürzer die Verbindungskabel, desto effizienter und Kosten - Wirksam Der Schutz wird sein.
Kombinieren Sie für Wechselrichter mit nur einem MPP -Tracker die Saite vor dem Wechselrichter und verbinden Sie sie an der Verbindung mit der SPD.
SPD -Kombinationen sollten für jeden Eingang geplant werden, wenn der Wechselrichter mehrere MPP -Tracker hat. Für jeden Eingang, der mit einer String -Diode fusioniert ist, muss eine SPD verwendet werden.
Abbildung 3.SPD mit einem Wechselrichter mit integriertem Sicherungsbox verbunden
Abschluss
Der Betrieb von Photovoltaik -Geräten ohne ordnungsgemäße Schubschutz ist mehr als riskantes Geschäft - Es ist rücksichtslos.
Damit Sonnensysteme die Zukunft einer grüneren Welt sind, müssen sie geschützt werden. Das Auftreten von Blitz ist nicht aufzuhalten und daher ist der Schutz wesentlich.
Die Anfälligkeit der Photovoltaic -Systeme für Blitzangriffe - sowohl direkt als auch indirekt - bedeutet, dass sie mit zuverlässigem und ordnungsgemäß installiertem Überspannungsschutz erstellt werden müssen.
