Με την ταχεία ανάπτυξη της παγκόσμιας βιομηχανίας νέας ενέργειας, τα φωτοβολταϊκά (PV) έχουν γίνει μια ευρέως χρησιμοποιούμενη λύση καθαρής ενέργειας για επιχειρήσεις, βιομηχανικά πάρκα, εμπορικά κτίρια και οικιακούς πελάτες. Ωστόσο, σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα διανομής, τα φωτοβολταϊκά συστήματα εγκαθίστανται συχνά σε στέγες κτιρίων, σε ανοιχτούς χώρους ή σε μεγάλους φωτοβολταϊκούς σταθμούς, εκθέτοντάς τα σε παρατεταμένη έκθεση στο φυσικό περιβάλλον, καθιστώντας τα πιο ευάλωτα σε κεραυνούς και υπερτάσεις του δικτύου.
Ως κατασκευαστής προστατευτικών υπερτάσεων (SPD), διαπιστώσαμε ότι πολλές βλάβες φωτοβολταϊκών συστημάτων δεν προέρχονται από τις ίδιες τις μονάδες, αλλά από παροδικές υπερτάσεις που βλάπτουν τους μετατροπείς, τις συσκευές παρακολούθησης ή τα συστήματα επικοινωνιών. Επομένως, στο σύγχρονο σχεδιασμό φωτοβολταϊκών έργων, τα προστατευτικά υπέρτασης δεν είναι πλέον προαιρετικά, αλλά ένα σημαντικό στοιχείο για τη διασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας του συστήματος.
Γιατί λοιπόν τα φωτοβολταϊκά συστήματα πρέπει να έχουν προστατευτικά υπέρτασης; Αυτό το άρθρο θα το αναλύσει από την άποψη της πρακτικής εφαρμογής.
1. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι πιο επιρρεπή σε κρούσεις κεραυνών
Σε αντίθεση με τον συμβατικό ηλεκτρικό εξοπλισμό εσωτερικών χώρων, το μεγαλύτερο μέρος του εξοπλισμού ενός φωτοβολταϊκού συστήματος εγκαθίσταται σε εξωτερικούς χώρους για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Για παράδειγμα:
Φωτοβολταϊκά πλαίσια
Κουτί συνδυασμού
Σύστημα λικνίσματος
Καλώδια DC
Αντιστροφέας
Συνήθως βρίσκονται σε μεγάλη έκταση και κοντά στο υψηλότερο σημείο του κτιρίου.
Όταν χτυπήσει κεραυνός, μια ισχυρή υπερτάση μπορεί να δημιουργηθεί με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ακόμα κι αν δεν χτυπήσει απευθείας το φωτοβολταϊκό σύστημα.
Αυτή η παροδική υπέρταση διαδίδεται γρήγορα κατά μήκος του κυκλώματος και επηρεάζει σοβαρά τον εξοπλισμό του συστήματος.
Επομένως, το Φ/Β σύστημα είναι ένα τυπικό σενάριο εφαρμογής με υψηλό κίνδυνο κεραυνού.
2. Προστασία Βασικού Εξοπλισμού όπως μετατροπείς
Οι μετατροπείς είναι συχνά μια από τις πιο πολύτιμες και κρίσιμες συσκευές σε ολόκληρο το Φ/Β σύστημα.
Η κύρια λειτουργία του είναι να μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC που παράγεται από το συγκρότημα φωτοβολταϊκών σε εναλλασσόμενο ρεύμα και να το συνδέει στο ηλεκτρικό δίκτυο.
Ωστόσο, ο μετατροπέας ενσωματώνει μεγάλο αριθμό εξελιγμένων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.
Για παράδειγμα:
Ενότητες IGBT
Κύκλωμα ελέγχου
Ενότητα επικοινωνιών
Σύστημα παρακολούθησης
Αυτά τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα είναι πολύ ευαίσθητα στην υπέρταση.
Μόλις επηρεαστεί από το κύμα, μπορεί να οδηγήσει σε:
Τερματισμός συστήματος
Διακοπή επικοινωνίας
Απώλεια ισχύος
Βλάβη εξοπλισμού
Η εγκατάσταση προστατευτικών υπερτάσεων μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τις παροδικές υπερτάσεις κρούσης στον μετατροπέα..
3. Αποτρέψτε τη ζημιά στις Φ/Β μονάδες και τα κιβώτια συνδυασμού
Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι οι κεραυνοί επηρεάζουν μόνο τον μετατροπέα.
Στην πραγματικότητα, τα φωτοβολταϊκά εξαρτήματα και τα κιβώτια συνδυασμού κινδυνεύουν επίσης. Συγκεκριμένα, σε μεγάλης κλίμακας έργα επίγειας ενέργειας:
Μεγάλη περιοχή φωτοβολταϊκών συστοιχιών.
Μήκος καλωδίου
Υψηλός κίνδυνος πυροδότησης κεραυνών
Καθώς το κύμα ταξιδεύει κατά μήκος της γραμμής DC, μπορεί να οδηγήσει σε:
Υποβαθμισμένη απόδοση της μονάδας
κουτιά συνδυασμού
Τερματικά αποτέφρωσης
Τα πλευρικά προστατευτικά υπερτάσεων DC μπορούν να απελευθερώσουν γρήγορα ενέργεια πριν εισέλθει μια υπέρταση στη συσκευή, μειώνοντας τον κίνδυνο ζημιάς.
4.Μειώστε το χρόνο διακοπής λειτουργίας του συστήματος και τις απώλειες παραγωγής ενέργειας
Για εμπορικά και βιομηχανικά φωτοβολταϊκά έργα, ο χρόνος διακοπής λειτουργίας του συστήματος σημαίνει άμεση οικονομική απώλεια.
Για παράδειγμα:
Μειωμένα έσοδα από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
Διαταραχή παραγωγής
Αυξημένο κόστος συντήρησης
Εάν ο κρίσιμος εξοπλισμός καταστραφεί από μια απότομη τάση, η επισκευή και η αντικατάσταση συχνά διαρκεί πολύ.
Όταν συμβαίνει μια υπέρταση, το SPD αντιδρά γρήγορα για να περιορίσει την υπέρταση σε ένα ασφαλές εύρος.
Αυτό βοηθά στη βελτίωση της συνέχειας του συστήματος και στη μείωση του κινδύνου απροσδόκητου χρόνου διακοπής λειτουργίας.
5. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα κινδυνεύουν τόσο στο AC όσο και στο DC
Σε σύγκριση με το συνηθισμένο σύστημα ισχύος, το φωτοβολταϊκό σύστημα είναι πιο μοναδικό σε δομή.
Περιλαμβάνει:
Πλευρά DC
Περιλαμβάνει:
Φωτοβολταϊκές Μονάδες
Φωτοβολταϊκές χορδές
Κουτί συνδυασμού
Είσοδος Inverter
Επικοινωνιακή πλευρά
Περιλαμβάνει:
Έξοδος μετατροπέα
Ντουλάπια διανομής
Συνδεδεμένο σύστημα παραγωγής δικτύου
Οι καταιγίδες μπορούν να εισέλθουν στο σύστημα και από τις πλευρές DC και AC.
Επομένως, μια ολοκληρωμένη λύση φωτοβολταϊκής αντικεραυνικής προστασίας συνήθως απαιτεί:
DC SPD
AC SPD
Διπλή προστασία.
Αυτό δημιουργεί ένα ολόκληρο σύστημα προστασίας.
6. Συμμόρφωση με τις βιομηχανικές και τεχνικές προδιαγραφές
Με την αυξανόμενη ρύθμιση της βιομηχανίας φωτοβολταϊκών, όλο και περισσότερες χώρες και περιοχές απαιτούν τα έργα να εξοπλιστούν με μέτρα προστασίας από υπερτάσεις.
Προπαντός:
Εμπορικά και Βιομηχανικά Φωτοβολταϊκά Έργα
Μεγάλοι επίγειοι-εγκατεστημένοι σταθμοί παραγωγής ενέργειας
Φωτοβολταϊκά συστήματα σε δημόσια κτίρια
Στο στάδιο του σχεδιασμού, είναι συνήθως απαραίτητο να ληφθούν υπόψη:
Εκτίμηση κινδύνου κεραυνού
SPD Configuration Scheme
Σχεδιασμός Συστήματος Γείωσης
Οι τυπικές απαιτήσεις όχι μόνο συμβάλλουν στη βελτίωση της ασφάλειας του συστήματος, αλλά και στη βελτίωση του ποσοστού αποδοχής του έργου.
7. Προστασία Συστημάτων Επιτήρησης και Επικοινωνιών
Οι σύγχρονες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις δεν βασίζονται μόνο στη λειτουργία εξοπλισμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά απαιτούν επίσης μεγάλο αριθμό έξυπνου εξοπλισμού παρακολούθησης.
Για παράδειγμα:
Συσκευές απόκτησης δεδομένων
Συστήματα περιβαλλοντικής παρακολούθησης
Ενότητα επικοινωνιών
Πλατφόρμες απομακρυσμένης παρακολούθησης
Αυτές οι συσκευές συνήθως χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά χαμηλής-τάσης.
Είναι πιο ευάλωτα σε υπερτάσεις από τον ηλεκτρικό εξοπλισμό.
Επομένως, η προστασία από υπερτάσεις όχι μόνο προστατεύει το ίδιο το σύστημα παραγωγής ενέργειας, αλλά προστατεύει επίσης τη σταθερή λειτουργία ολόκληρου του δικτύου παρακολούθησης.
8. Βελτίωση της συνολικής απόδοσης επένδυσης του συστήματος
Από πλευράς επένδυσης έργου, το κόστος των προστατευτικών υπερτάσεων είναι συνήθως ένα μικρό κλάσμα της συνολικής επένδυσης σε φωτοβολταϊκά συστήματα.
Ωστόσο, η αξία που προσφέρουν είναι τεράστια.
Περιλαμβάνει:
Μειώστε τον κίνδυνο ζημιάς στον εξοπλισμό
Χαμηλότερο κόστος συντήρησης
Αυξήστε τη διαθεσιμότητα του συστήματος
Επέκταση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού
Βελτίωση της σταθερότητας των εσόδων από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
Η λογική διαμόρφωση SPD είναι μια-οικονομική επένδυση για Φ/Β εγκαταστάσεις με διάρκεια σχεδιασμού άνω των 20 ετών.
Γιατί όλο και περισσότερα φωτοβολταϊκά έργα δίνουν έμφαση στις διαμορφώσεις SPD;
Με το αυξανόμενο επίπεδο νοημοσύνης του μετατροπέα και την επεκτεινόμενη κλίμακα του φωτοβολταϊκού σταθμού παραγωγής ενέργειας, η αξία του εξοπλισμού και η πολυπλοκότητα του συστήματος αυξάνονται επίσης.
Σε περίπτωση ζημιάς λόγω υπέρτασης, δεν θα προκαλέσει μόνο μία μόνο βλάβη του εξοπλισμού, αλλά θα επηρεάσει επίσης τη λειτουργία ολόκληρης της εγκατάστασης.
Ως αποτέλεσμα, όλο και περισσότερα έργα ενσωματώνουν την προστασία από υπερτάσεις στο συνολικό σχεδιασμό τους από τα πρώτα στάδια κατασκευής.
Οι αποταμιευτές υπέρτασης (SPD) έχουν γίνει εξίσου σημαντικές για τα σύγχρονα φωτοβολταϊκά συστήματα με τους διακόπτες κυκλώματος και τις ασφάλειες.
Σύναψη:
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα λειτουργούν σε εξωτερικούς χώρους για μεγάλο χρονικό διάστημα και αντιμετωπίζουν κινδύνους όπως κεραυνούς, διακυμάνσεις στο δίκτυο και επαγόμενες υπερτάσεις. Η εγκατάσταση προστατευτικών υπερτάσεων όχι μόνο προστατεύει τους μετατροπείς, τα φωτοβολταϊκά εξαρτήματα και τον εξοπλισμό παρακολούθησης από ζημιές λόγω υπέρτασης, αλλά επίσης μειώνει το χρόνο διακοπής λειτουργίας, μειώνει το κόστος συντήρησης και βελτιώνει τη μακροπρόθεσμη-αξιοπιστία των συστημάτων παραγωγής ενέργειας. Η σωστή διαμόρφωση των πλευρικών προστατευτικών υπερτάσεων AC έχει γίνει ένα κρίσιμο βήμα για τους ιδιοκτήτες που θέλουν να διασφαλίσουν την ασφαλή λειτουργία και την απόδοση της επένδυσης για φωτοβολταϊκά έργα.
Συχνές ερωτήσεις Χρειάζεται το φωτοβολταϊκό σύστημα προστατευτικά υπέρτασης;
Για τα περισσότερα φωτοβολταϊκά έργα, συνιστάται η εγκατάσταση συσκευών εκκένωσης ειδικού σκοπού, ειδικά σε εξωτερικά συστήματα και χώρους με υψηλή κεραυνική δραστηριότητα.
Πόσα SPD απαιτεί ένα Φ/Β σύστημα;
Τα προστατευτικά υπέρτασης συνήθως πρέπει να εγκατασταθούν και στις δύο πλευρές DC και AC για να σχηματιστεί ένα πλήρες σύστημα προστασίας.
Μπορούν τα προστατευτικά υπέρτασης να αποτρέψουν απευθείας κεραυνούς;
Το SPD (Sustaining Voltage Detectors) χρησιμοποιείται κυρίως για τον περιορισμό των υπερτάσεων που προκαλούνται από κεραυνούς. Η άμεση αντικεραυνική προστασία απαιτεί επίσης τη χρήση αλεξικέραυνων και συστημάτων γείωσης.
Γιατί οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς είναι επιρρεπείς σε μεγάλα κύματα;
Οι μετατροπείς περιέχουν πολυάριθμα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε παροδικές υπερτάσεις και επομένως απαιτούν κεντρική προστασία.
Μπορεί το SPD να συνεχίσει να προστατεύει τον εξοπλισμό μετά από βλάβη;
Όχι. Το σύστημα θα πρέπει να αντικατασταθεί αμέσως μετά τη λήξη ή τη δυσλειτουργία. Διαφορετικά, το σύστημα θα χάσει την αποτελεσματική του ικανότητα προστασίας από υπερτάσεις.