Izbira in načrtovanje varnostnih naprav v fotovoltaičnih sistemih

Elektrarne so praviloma nameščene v divjini ali na strehi, komponente pa morajo biti nameščene na prostem. Naravno okolje je surovo, naravne nesreče in nesreče, ki jih povzroči človek, pa so neizogibne. Naravne nesreče, kot so tajfuni, snežne nevihte ter pesek in prah, poškodujejo opremo. Varnost elektrarne je zelo pomembna. Ne glede na to, ali gre za porazdeljeno majhno elektrarno ali centralizirano veliko zemeljsko elektrarno, obstajajo določena tveganja. Zato mora biti oprema opremljena s posebnimi varnostnimi napravami, kot so varovalke in naprave za zaščito pred strelo. , Vedno poskrbite za varnost elektrarne.

1. Varovalka
Varovalka CHYT je tokovna zaščita, izdelana po principu prekinitve tokokroga s taljenjem taline s toploto, ki se ustvari sama po tem, ko tok za določen čas preseže določeno vrednost. Varovalke se pogosto uporabljajo v nizkonapetostnih sistemih za distribucijo električne energije, krmilnih sistemih in električni opremi. Kot zaščita pred kratkim stikom in prenapetostjo so varovalke ena najpogosteje uporabljenih zaščitnih naprav. Varovalke fotovoltaičnih elektrarn delimo na enosmerne in izmenične varovalke.
Enosmerna stran fotonapetostne elektrarne povezuje več nizov vzporedno z enosmernim vodilom enosmerne kombinirane omarice (centralizirana shema) ali pretvornikom nizov (pretvorniška shema) glede na konfiguracijo sheme. Ko je več fotovoltaičnih nizov povezanih vzporedno, če pride do napake kratkega stika v določenem nizu, bodo drugi nizi na vodilu DC in omrežju zagotovili tok kratkega stika do točke kratkega stika. Če ustreznih zaščitnih ukrepov ni, bo to povzročilo vžig opreme, kot so nanjo povezani kabli. Hkrati lahko povzroči vžig nastavkov v bližini opreme. Trenutno je na Kitajskem veliko podobnih strešnih fotonapetostnih požarnih nesreč, zato je treba v vzporedne tokokroge vsakega niza namestiti zaščitne naprave, da se poveča varnost fotovoltaičnih elektrarn.

Trenutno se enosmerne varovalke uporabljajo v kombiniranih omaricah in pretvornikih za zaščito pred prevelikim tokom. Glavni proizvajalci pretvornikov prav tako obravnavajo varovalke kot osnovne komponente enosmerne zaščite. Istočasno so proizvajalci varovalk, kot sta Bussman in Littelfuse, lansirali tudi enosmerne varovalke, specifične za fotovoltaiko.
Zaradi naraščajočega povpraševanja po enosmernih varovalkah v fotonapetostni industriji je, kako pravilno izbrati enosmerne varovalke za učinkovito zaščito, problem, ki bi mu morali biti pozorni tako uporabniki kot proizvajalci. Pri izbiri enosmernih varovalk ne morete preprosto kopirati izmeničnih varovalk. Električne specifikacije in strukturne dimenzije, ker med njimi obstaja veliko različnih tehničnih specifikacij in konceptov oblikovanja, so povezane s celovitim premislekom o tem, ali je mogoče tok napake varno in zanesljivo prekiniti brez nesreč.
1) Ker enosmerni tok nima trenutne točke prehoda ničelne točke, se ob prekinitvi okvarjenega toka oblok lahko hitro ugasne samo pod vplivom prisilnega hlajenja polnila iz kremenčevega peska, kar je veliko težje kot prekinitev AC lok. Razumna zasnova in metoda varjenja čipa, čistost in razmerje velikosti delcev kremenčevega peska, tališče, metoda strjevanja in drugi dejavniki določajo učinkovitost in učinek na prisilno gašenje enosmernega obloka.
2) Pri enaki nazivni napetosti je energija obloka, ki jo ustvari enosmerni oblok, več kot dvakrat večja od energije obloka izmeničnega toka. Da bi zagotovili, da je mogoče vsak odsek obloka omejiti na nadzorovano razdaljo in hkrati hitro ugasniti, se ne bo prikazal noben odsek. Oblok je neposredno povezan zaporedno, da povzroči ogromen nabor energije, kar ima za posledico nesrečo, da se vname varovalka. poči zaradi neprekinjenega časa obloka predolg. Telo cevi enosmerne varovalke je na splošno daljše od izmenične varovalke, sicer velikosti pri običajni uporabi ni mogoče videti. Razlika, ko pride do napake, bo imela resne posledice.
3) Glede na priporočene podatke Mednarodne organizacije za tehnologijo varovalk je treba dolžino telesa varovalke povečati za 10 mm za vsako povečanje napetosti 150 V DC itd. Ko je enosmerna napetost 1000 V, mora biti dolžina telesa 70 mm.
4) Ko se varovalka uporablja v enosmernem tokokrogu, je treba upoštevati kompleksen vpliv induktivnosti in kapacitivnosti. Zato je časovna konstanta L/R pomemben parameter, ki ga ni mogoče prezreti. Določiti ga je treba glede na pojavnost in stopnjo upadanja kratkostičnega okvarnega toka določenega linijskega sistema. Natančno vrednotenje ne pomeni, da lahko poljubno izbirate glavni ali dodatni predmet. Ker časovna konstanta L/R enosmerne varovalke določa energijo prekinitvenega obloka, prekinitveni čas in prepustno napetost, je treba debelino in dolžino telesa cevi izbrati razumno in varno.
AC varovalka: Na izhodnem koncu izvenomrežnega pretvornika ali vhodnem koncu notranjega napajanja centraliziranega pretvornika mora biti zasnovana in nameščena izmenična varovalka, da se prepreči prevelik tok ali kratek stik pri obremenitvi.

2. Zaščita pred strelo
Glavnina fotovoltaičnega sistema je nameščena na prostem, distribucijska površina pa je relativno velika. Sestavni deli in nosilci so prevodniki, ki so precej privlačni za strele, zato obstaja nevarnost neposrednega in indirektnega udara strele. Hkrati je sistem neposredno povezan s sorodno električno opremo in zgradbami, zato bodo udari strele v fotovoltaični sistem vključevali tudi sorodno opremo, zgradbe in električna bremena. Da bi se izognili poškodbam fotonapetostnega sistema zaradi strele, je treba za zaščito vzpostaviti zaščito pred strelo in ozemljitev.
Strela je pojav električne razelektritve v ozračju. Pri nastajanju oblaka in dežja se nekateri njegovi deli kopičijo pozitivne naboje, drugi pa negativne naboje. Ko se ti naboji akumulirajo do določene mere, se pojavi pojav praznjenja, ki tvori strelo. Strele delimo na direktne in indukcijske strele. Neposredni udari strele se nanašajo na udare strele, ki neposredno padejo na fotovoltaične nize, sisteme za distribucijo enosmernega toka, električno opremo in njihovo ožičenje ter bližnja območja. Obstajata dva načina vdora neposrednih udarov strele: prvi je zgoraj omenjena neposredna razelektritev fotovoltaičnih nizov itd., tako da se večina visokoenergijskega toka strele vnese v zgradbe ali opremo, vode; drugo je, da lahko strela neposredno prehaja skozi strelovode itd. Naprava, ki oddaja tok strele v zemljo, se razelektri, zaradi česar se potencial tal v trenutku poveča, velik del toka strele pa je obratno povezan z opremo in vodi skozi zaščitno ozemljitveno žico.

Induktivna strela se nanaša na udare strele, ki nastanejo blizu in dlje od povezanih zgradb, opreme in vodov, kar povzroči prenapetost povezanih zgradb, opreme in vodov. Ta udarna prenapetost je zaporedno povezana z elektrostatično ali elektromagnetno indukcijo. povezane elektronske opreme in linij, kar povzroča poškodbe opreme in linij.
Za velike ali fotonapetostne sisteme za proizvodnjo električne energije, ki so nameščeni na odprtih poljih in v visokogorju, zlasti na območjih, izpostavljenih streli, je treba opremiti ozemljitvene naprave za zaščito pred strelo.
Prenapetostna zaščita (Surge protection Device) je nepogrešljiva naprava pri strelovodni zaščiti elektronske opreme. Včasih se je imenoval "odvodnik strele" ali "prenapetostna zaščita". Angleška okrajšava je SPD. Funkcija prenapetostne zaščite je omejiti trenutno prenapetost, ki vstopi v daljnovod in vod za prenos signala znotraj napetostnega območja, ki ga oprema ali sistem lahko prenese, ali puščati močan tok strele v tla, da zaščiti zaščiteno opreme ali sistema pred poškodbami. Poškodovan zaradi udarca. Sledi opis glavnih tehničnih parametrov odvodnikov, ki se običajno uporabljajo v fotovoltaičnih sistemih za proizvodnjo električne energije.

(1) Največja neprekinjena delovna napetost Ucpv: Ta vrednost napetosti označuje največjo napetost, ki jo je mogoče uporabiti na odvodniku. Pod to napetostjo mora odvodnik normalno delovati brez napak. Obenem se odvodnik nenehno obremenjuje z napetostjo brez spreminjanja delovnih karakteristik odvodnika.
(2) Nazivni tok praznjenja (In): Imenuje se tudi nazivni tok praznjenja, ki se nanaša na trenutno najvišjo vrednost valovne oblike toka strele 8/20 μs, ki jo odvodnik lahko prenese.
(3) Največji razelektritveni tok Imax: Ko se na zaščitnik enkrat uporabi standardni val strele z valovno obliko 8/20 ms, je največja najvišja vrednost udarnega toka, ki ga lahko zaščitnik prenese.
(4) Raven napetostne zaščite Up(In): največja vrednost zaščite pri naslednjih preskusih: preskočna napetost z naklonom 1KV/ms; preostalo napetost nazivnega toka praznjenja.
Prenapetostna zaščita uporablja varistor z odličnimi nelinearnimi lastnostmi. V normalnih okoliščinah je prenapetostna zaščita v stanju izjemno visokega upora, uhajajoči tok pa je skoraj enak nič, kar zagotavlja normalno napajanje elektroenergetskega sistema. Ko pride do prenapetosti v elektroenergetskem sistemu, se prenapetostna zaščita vklopi takoj v nanosekundah, da omeji obseg prenapetosti znotraj varnega delovnega območja opreme. Ob tem se sprosti energija prenapetosti. Nato zaščita hitro preide v stanje visoke impedance in tako ne vpliva na normalno napajanje elektroenergetskega sistema.

Poleg tega, da lahko strela ustvari udarno napetost in tok, se pojavi tudi v trenutku zapiranja in odklopa močnostnega tokokroga, v trenutku vklopa ali izklopa induktivnega bremena in kapacitivnega bremena ter odklopu velikega elektroenergetskega sistema oz. transformator. Velika preklopna udarna napetost in tok bosta prav tako povzročila škodo povezani opremi in linijam. Da bi preprečili indukcijo strele, je varistor dodan na enosmerni vhodni konec pretvornika majhne moči. Največji izpustni tok lahko doseže 10 kVA, kar lahko v bistvu zadosti potrebam gospodinjskih fotovoltaičnih sistemov za zaščito pred strelo.