Wraz z szybkim rozwojem nowego, globalnego przemysłu energetycznego, fotowoltaika (PV) stała się szeroko stosowanym rozwiązaniem w zakresie czystej energii dla przedsiębiorstw, parków przemysłowych, budynków komercyjnych i klientów indywidualnych. Jednak w porównaniu z tradycyjnymi systemami dystrybucyjnymi, systemy fotowoltaiczne często instaluje się na dachach budynków, na otwartych przestrzeniach lub w dużych elektrowniach fotowoltaicznych, narażając je na długotrwałe działanie środowiska naturalnego, czyniąc je bardziej podatnymi na uderzenia piorunów i przepięcia w sieci.
Jako producent urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD) odkryliśmy, że wiele awarii systemów fotowoltaicznych nie wynika z samych modułów, ale z przejściowych przepięć, które uszkadzają falowniki, urządzenia monitorujące lub systemy komunikacyjne. Dlatego w nowoczesnych projektach PV zabezpieczenia przeciwprzepięciowe nie są już opcjonalnym elementem, ale ważnym elementem zapewniającym bezpieczną pracę systemu.
Dlaczego więc systemy fotowoltaiczne muszą mieć zabezpieczenia przeciwprzepięciowe? W artykule przeanalizuję to z punktu widzenia praktycznego zastosowania.
1. Systemy fotowoltaiczne są bardziej podatne na uderzenia pioruna
W przeciwieństwie do konwencjonalnych wewnętrznych urządzeń elektrycznych, większość urządzeń w systemie fotowoltaicznym jest instalowana na zewnątrz przez długie okresy czasu.
Na przykład:
Moduły fotowoltaiczne
Skrzynka kombinacyjna
System kołysania
Kable prądu stałego
Falownik
Zazwyczaj są one zlokalizowane na dużym obszarze i w pobliżu najwyższego punktu budynku.
Kiedy piorun uderza, w wyniku indukcji elektromagnetycznej może wygenerować się silne napięcie udarowe, nawet jeśli nie uderza ono bezpośrednio w system fotowoltaiczny.
To przejściowe przepięcie rozprzestrzenia się szybko wzdłuż obwodu i poważnie wpływa na wyposażenie systemu.
Dlatego system fotowoltaiczny jest typowym scenariuszem zastosowania o wysokim ryzyku wyładowań atmosferycznych.
2. Ochrona podstawowego sprzętu, takiego jak falowniki
Falowniki są często jednymi z najcenniejszych i najbardziej krytycznych urządzeń w całym systemie fotowoltaicznym.
Jego główną funkcją jest konwersja prądu stałego (DC generowanego przez zespół fotowoltaiczny na prąd przemienny i podłączenie go do sieci energetycznej).
Falownik zawiera jednak dużą liczbę wyrafinowanych komponentów elektronicznych.
Na przykład:
Moduły IGBT
Obwód sterujący
Moduł komunikacyjny
System monitorowania
Te elementy elektroniczne są bardzo wrażliwe na przepięcia.
Po dotknięciu przez wzrost może to prowadzić do:
Zamknięcie systemu
Przerwa w komunikacji
Utrata mocy
Uszkodzenie sprzętu
Zainstalowanie urządzeń przeciwprzepięciowych może skutecznie zmniejszyć wpływ przejściowych przepięć na falownik.
3. Zapobiegaj uszkodzeniom modułów fotowoltaicznych i skrzynek połączeniowych
Wiele osób uważa, że uderzenia pioruna wpływają tylko na falownik.
W rzeczywistości zagrożone są również komponenty fotowoltaiczne i skrzynki przyłączeniowe. W szczególności w przypadku dużych-projektów energetyki naziemnej:
Duży obszar układu fotowoltaicznego;
Długość kabla
Wysokie ryzyko wywołania uderzenia pioruna
Gdy udar przemieszcza się wzdłuż linii prądu stałego, może prowadzić do:
Obniżona wydajność modułu
skrzynki kombinacyjne
Terminale spalania
Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe po stronie prądu stałego mogą szybko uwolnić energię, zanim przepięcie dotrze do urządzenia, zmniejszając ryzyko uszkodzenia.
4.Zmniejsz przestoje systemu i straty w wytwarzaniu energii
W przypadku komercyjnych i przemysłowych projektów fotowoltaicznych przestój systemu oznacza bezpośrednie straty ekonomiczne.
Na przykład:
Zmniejszone przychody z wytwarzania energii
Zakłócenie produkcji
Zwiększone koszty utrzymania
Jeśli krytyczny sprzęt zostanie uszkodzony w wyniku przepięcia, naprawa i wymiana często zajmują dużo czasu.
W przypadku wystąpienia przepięcia SPD reaguje szybko, ograniczając przepięcie do bezpiecznego zakresu.
Pomaga to poprawić ciągłość systemu i zmniejszyć ryzyko nieoczekiwanych przestojów.
5. Systemy fotowoltaiczne są zagrożone zarówno w przypadku prądu przemiennego, jak i stałego
W porównaniu ze zwykłym systemem zasilania, system fotowoltaiczny ma bardziej unikalną strukturę.
Obejmuje:
Strona DC
Zawiera:
Moduły fotowoltaiczne
Ciągi fotowoltaiczne
Skrzynka kombinacyjna
Wejście falownika
Strona komunikacyjna
Zawiera:
Wyjście falownika
Szafy rozdzielcze
Połączony system wytwarzania sieci
Burze mogą przedostać się do systemu zarówno od strony prądu stałego, jak i przemiennego.
Dlatego kompletne rozwiązanie fotowoltaicznej ochrony odgromowej zwykle wymaga:
SPD prądu stałego
SPD AC
Podwójna ochrona.
Tworzy to cały system ochrony.
6. Zgodność ze specyfikacjami branżowymi i technicznymi
Wraz ze wzrostem regulacji branży fotowoltaicznej coraz więcej krajów i regionów wymaga wyposażenia projektów w środki ochrony przed przepięciami.
Zwłaszcza:
Komercyjne i przemysłowe projekty fotowoltaiczne
Duże elektrownie-instalowane naziemnie
Instalacje fotowoltaiczne w budynkach użyteczności publicznej
Na etapie projektowania zwykle należy wziąć pod uwagę:
Ocena ryzyka wyładowań atmosferycznych
Schemat konfiguracji SPD
Projekt systemu uziemiającego
Standardowe wymagania nie tylko pomagają poprawić bezpieczeństwo systemu, ale także poprawiają współczynnik akceptacji projektu.
7. Ochrona systemów dozoru i łączności
Nowoczesne elektrownie fotowoltaiczne nie tylko opierają się na pracy urządzeń wytwarzających energię, ale także wymagają dużej liczby inteligentnych urządzeń monitorujących.
Na przykład:
Urządzenia do gromadzenia danych
Systemy monitorowania środowiska
Moduł komunikacyjny
Platformy zdalnego monitorowania
Urządzenia te zazwyczaj wykorzystują elektronikę-niskiego napięcia.
Są bardziej podatne na przepięcia niż urządzenia elektryczne.
Dlatego ochrona przeciwprzepięciowa chroni nie tylko sam system wytwarzania energii, ale także zabezpiecza stabilną pracę całej sieci monitorującej.
8. Poprawa całkowitego zwrotu z inwestycji w system
Z punktu widzenia inwestycji w projekt koszt ograniczników przepięć stanowi zwykle niewielki ułamek całkowitej inwestycji w systemy fotowoltaiczne.
Wartość, jaką wnoszą, jest jednak ogromna.
Zawiera:
Zmniejsz ryzyko uszkodzenia sprzętu
Niższe koszty utrzymania
Zwiększ dostępność systemu
Wydłużenie żywotności sprzętu
Poprawa stabilności przychodów z wytwarzania energii elektrycznej
Rozsądna konfiguracja SPD jest-opłacalną inwestycją w elektrownie fotowoltaiczne, których projektowany okres eksploatacji przekracza 20 lat.
Dlaczego coraz więcej projektów fotowoltaicznych kładzie nacisk na konfiguracje SPD?
Wraz ze wzrostem poziomu inteligencji falowników i rosnącą skalą elektrowni fotowoltaicznych rośnie również wartość sprzętu i złożoność systemu.
W przypadku uszkodzenia spowodowanego przepięciem, spowoduje to nie tylko awarię pojedynczego urządzenia, ale także wpłynie na pracę całej instalacji.
W rezultacie coraz więcej projektów włącza ochronę przeciwprzepięciową do ogólnego projektu już na najwcześniejszych etapach budowy.
Ograniczniki przepięć (SPD) stały się w nowoczesnych systemach fotowoltaicznych równie ważne jak wyłączniki automatyczne i bezpieczniki.
Wniosek:
Systemy fotowoltaiczne działają na zewnątrz przez długi czas i są narażone na ryzyko, takie jak uderzenia pioruna, wahania sieci i indukowane przepięcia. Zainstalowanie urządzeń przeciwprzepięciowych nie tylko chroni falowniki, komponenty fotowoltaiczne i sprzęt monitorujący przed uszkodzeniami spowodowanymi przez przepięcia, ale także skraca przestoje, zmniejsza koszty konserwacji i poprawia-długoterminową niezawodność systemów wytwarzania energii. Prawidłowa konfiguracja ochronników przeciwprzepięciowych po stronie prądu przemiennego stała się krytycznym krokiem dla właścicieli, którzy chcą zapewnić bezpieczną pracę i zwrot z inwestycji w projekty fotowoltaiczne.
Często zadawane pytania Czy system fotowoltaiczny potrzebuje zabezpieczeń przeciwprzepięciowych?
W przypadku większości projektów fotowoltaicznych zaleca się instalowanie urządzeń wyładowczych specjalnego przeznaczenia, zwłaszcza w systemach zewnętrznych i obszarach o dużej aktywności wyładowań atmosferycznych.
Ile SPD wymaga system fotowoltaiczny?
Ochronniki przeciwprzepięciowe zwykle muszą być instalowane zarówno po stronie prądu stałego, jak i prądu przemiennego, aby utworzyć kompletny system ochrony.
Czy urządzenia przeciwprzepięciowe mogą zapobiec bezpośrednim uderzeniom pioruna?
SPD (Detektory napięcia podtrzymującego) są stosowane głównie w celu ograniczenia przepięć spowodowanych uderzeniami pioruna. Bezpośrednia ochrona odgromowa wymaga również stosowania piorunochronów i instalacji uziemiających.
Dlaczego falowniki fotowoltaiczne są podatne na duże fale?
Falowniki zawierają wiele elementów elektronicznych, które są bardzo wrażliwe na przejściowe przepięcia i dlatego wymagają scentralizowanej ochrony.
Czy SPD może nadal chronić sprzęt po awarii?
Nie. System należy wymienić niezwłocznie po upływie terminu ważności lub nieprawidłowym działaniu. W przeciwnym razie system utraci swoją skuteczną zdolność ochrony przed przepięciami.