Күн энергиясы жүйелерін зақымдану қаупінен қорғауға арналған қорғаныс құрылғысының нұсқалары
Тұрғын үй немесе коммерциялық болсын, күн энергиясы жүйелері (КЭЖЖ) ондаған жылдар бойы тұрақты жұмыс істейді деп күтілетін ұзақ мерзімді инвестициялар болып табылады. Дегенмен, олардың артықшылықтарына – энергия тиімділігіне, қоршаған ортаға зиянсыздығына және пайдалану шығындарының төмендігіне қарамастан, КЭЖЖ электр қуатының үзілуінен, ауа райының қолайсыздығынан, орнату қателіктерінен және компоненттердің сапасының нашарлығынан болатын зақымдану қаупін әлі де көтереді. Сондықтан, жүйенің қауіпсіз, тиімді және ұзақ мерзімді болуын қамтамасыз ету үшін дұрыс қорғаныс құрылғыларын таңдау маңызды.
Бұл мақалада күн энергиясы жүйелерін қорғау үшін жиі қолданылатын әртүрлі қорғаныс құрылғыларының нұсқалары, олардың тиісті функциялары және оларды таңдау кезіндегі маңызды факторлар талқыланады.
Неліктен күн энергиясы жүйелерін қорғау қажет?
Дәстүрлі электр қондырғыларынан айырмашылығы, күн электр станцияларының (КЭС) екі негізгі жағы бар: тұрақты ток жағы (күн панельдерінен инверторға/MPPT-ге дейін) және айнымалы ток жағы (инвертордың жүктемеге/желіге шығысы). Екеуінің де әртүрлі бұзылу сипаттамалары бар. Тұрақты ток жағында кернеулер жоғары болуы мүмкін және күн сәулесі болғанша ток ағып тұрады. Сонымен қатар, айнымалы ток жағында тәуекелдер әдеттегі үй қондырғысының тәуекелдеріне ұқсас, бірақ олар инвертордың сапасына және оның желімен өзара әрекеттесуіне байланысты.
Тиісті қорғаныс болмаса, найзағай, кернеудің күрт өзгеруі, қысқа тұйықталу, полярлықтың өзгеруі, шамадан тыс ток және ағып кету тогы сияқты бұзылулар инверторды, батареяны және кабельдерді зақымдауы мүмкін, тіпті өртке әкелуі мүмкін. Сондықтан қорғаныс құрылғыларын жүйенің дизайнына, сыйымдылығына және қауіпсіздік стандарттарына сүйене отырып таңдау керек.
1. MCB/MCCB тұрақты ток: Панель жағына арналған автоматты ажыратқыш
Миниатюралық автоматты ажыратқыштың (МКБ) немесе қалыпталған корпусты автоматты ажыратқыштың (МКББ) тұрақты ток нұсқасы тұрақты ток желісінде шамадан тыс ток немесе қысқа тұйықталу пайда болған кезде автоматты автоматты ажыратқыш ретінде жұмыс істейді. Көптеген адамдар күн батареяларының желілері үшін айнымалы ток МКБ-сын қателесіп пайдаланады. Дегенмен, тұрақты токты ажырату қиынырақ, себебі доға айнымалы токқа қарағанда ұзағырақ жұмыс істейді.
Негізгі функциялары:
– Кабельдер мен құрылғыларды шамадан тыс токтан қорғайды.
– Қысқа тұйықталу орын алған кезде тізбекті үзеді.
– Техникалық қызмет көрсету кезінде жолды оқшаулауды жеңілдетеді.
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– Бағалау тек тұрақты ток екеніне көз жеткізіңіз (айнымалы ток емес).
– Панель тізбегіне сәйкес жұмыс кернеуін (мысалы, 500V DC, 600V DC, 1000V DC) реттеңіз.
– Номиналды токты жүйенің максималды тогына және қауіпсіздік шегіне дейін реттеңіз.
– Өндірушінің ұсыныстарына сәйкес келетін қисық сызықты таңдаңыз.
2. Тұрақты ток сақтандырғышы (сақтандырғыш): сым панелін қорғау
Тұрақты ток сақтандырғыштары көбінесе бірнеше параллель тізбектерден тұратын күн батареялары жүйелерінде тізбектерді қорғау үшін қолданылады. Бір тізбек екінші тізбектен қысқа немесе кері ток алған кезде, сақтандырғыш жанып, қауіпті ток ағынын тоқтатады.
Негізгі функциялары:
– Кабельдер мен модульдерді қыздыруы мүмкін кері ағынның алдын алады.
– Бір жолда істен шыққан жағдайда жеке жолдарды қорғайды.
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– Модульдің тұрақты ток сипаттамаларына арналған арнайы фотоэлектрлік сақтандырғышты (gPV) пайдаланыңыз.
– Модульдің Isc (қысқа тұйықталу тогы) және параллель конфигурациясына негізделген ток номиналды мәнін реттеңіз.
– Тиісті сындыру қабілетін қамтамасыз етіңіз.
3. Тұрақты ток оқшаулағыш қосқышы: жұмыс қауіпсіздігі үшін ажыратқыш қосқышы
Тұрақты ток оқшаулағышы - бұл техниктерге инверторға техникалық қызмет көрсету немесе панельдерді жөндеу алдында тұрақты ток желісін өшіруге мүмкіндік беретін қолмен ажыратылатын қосқыш. Бұл маңызды, себебі күн батареялары жарыққа ұшыраған кезде электр энергиясын өндіруді жалғастырады.
Негізгі функциялары:
– Техникалық қызмет көрсету кезінде қауіпсіз оқшаулауды қамтамасыз етеді.
– Тұрақты ток компоненттерін ұстаған кезде электр тогының соғу қаупін азайтады.
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– Кернеу мен ток көрсеткіштерінің сымға сәйкес келетініне көз жеткізіңіз.
– Тұрақты ток жүктемесін ажырату мүмкіндігі жақсы оқшаулағышты таңдаңыз (жүктеме ажыратқышы).
– Оны оңай қолжетімді жерге қойып, анық белгілеңіз.
4. Кернеуден қорғау құрылғысы (SPD): найзағайдан және кернеудің күрт көтерілуінен қорғау
Кернеудің күрт өзгеруі тікелей немесе жанама найзағайдан (индукцияланған күрт өзгерістерден), үлкен жүктеме ауысуынан немесе желінің бұзылуынан туындауы мүмкін. SPD ең маңызды компоненттердің бірі болып табылады, себебі инверторлар мен электрондық құрылғылар күрт өзгерістерге сезімтал.
SPD-лер әдетте келесіге орнатылады:
– Тұрақты ток жағы (инвертор немесе комбайн қорабының жанында).
– Кондиционер жағы (тарату панелі).
– Егер бақылау болса, байланыс желілері (RS485, ethernet).
Негізгі функциялары:
– Кернеу кернеуінің күрт өзгеруін жерге қосуға бағыттайды, осылайша олар инверторға кірмейді.
– Электрондық компоненттердің зақымдану және өрт қаупін азайтады.
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– SPD түрін анықтаңыз: 1-тип - найзағай қаупі жоғары (кіріс найзағай тогы) үшін, 2-тип - индукциялық кернеудің жоғарылауы үшін, 1+2-тип - аралас кернеу үшін.
– Жұмыс кернеуін (Uc) тұрақты/айнымалы ток жүйесінің кернеуіне реттеңіз.
– Қорғаныс деңгейіне (Жоғары) және разряд тогының сыйымдылығына (Imax/In) назар аударыңыз.
– Дұрыс жерге қосуды қамтамасыз етіңіз; Тиісті жерге қосусыз SPD-лер тиімсіз.
5. RCD/RCBO: Кондиционер жағындағы ток ағып кетуінен қорғау
Қалдық ток құрылғысы (ҚТҚ) немесе ҚТҚҚ (ҚТҚҚ және ҚТҚҚ тіркесімі) адамдарды және қондырғыларды жерге ағып кетуден қорғайды. Күн электр станцияларында ағып кету инвертордан, айнымалы ток кабельдерінен немесе қосылған тұрмыстық құрылғылардан болуы мүмкін.
Негізгі функциялары:
– Токтың ағуына байланысты электр тогының соғуына жол бермеңіз.
– Ағып кету тогынан туындайтын өрт қаупін азайтады.
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– Инверторға сәйкес келетін RCD түрін таңдаңыз: А түрі кең таралған, бірақ кейбір инверторлар ағып кетудегі тұрақты ток компонентінің қалдықтығына байланысты В түрін (қымбатырақ) қажет етеді.
– Сезімталдықты реттеңіз: адамдарды қорғау үшін 30 мА, белгілі бір жүйелерде өрттен қорғау үшін 100–300 мА.
– Инвертор өндірушісінің ұсыныстарын және жергілікті орнату стандарттарын орындаңыз.
6. Кернеудің шамадан тыс/төмен болуынан және жиіліктен қорғау (тек электр желісі арқылы)
Торға қосылған жүйелер үшін (PLN/желіге қосылған), тор кернеуі немесе жиілігі қауіпсіз шектен тыс болған кезде инвертордың қуат жібермеуін қамтамасыз ету үшін қорғаныс қажет. Көптеген инверторларда бұл қорғаныс кіріктірілген (аралға қарсы, OV/UV, OF/UF), бірақ кейбір қондырғыларда ережелерге сәйкес қосымша релелер қажет болуы мүмкін.
Негізгі функциялары:
– Жүйені желілік ауытқулардан қорғайды.
– Желі қызметкерлеріне қауіп төндіретін аралда тұрудың алдын алыңыз.
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– Оның өзара байланыс стандарттарына (мысалы, жергілікті SPLN/IEC стандарттарына) сәйкес келетініне көз жеткізіңіз.
– Параметрлерді коммуналдық қызмет көрсету ережелеріне сәйкес орнатыңыз.
– Үйлесімді негізгі ажыратқыштың (айнымалы ток ажыратқышы) бар екеніне көз жеткізіңіз.
7. Батареяны қорғау (гибридті/желіден тыс жүйелер үшін)
Егер жүйе батареяларды (LiFePO4 немесе қорғасын-қышқылды) пайдаланса, қорғаныс аса маңызды болуы керек, себебі батареялар қызып кету, жоғары ток қаупіне ұшырайды және белгілі бір жағдайларда (әсіресе литийдің кейбір түрлерінде) термиялық ағып кетуі мүмкін.
Жалпы қорғаныс құралдары:
– Қысқа тұйықталу тогынан қорғау үшін батарея мен инвертор арасындағы сақтандырғыш/ажыратқыш.
– Литий батареяларына арналған BMS (Батареяны басқару жүйесі): ұяшық кернеуін, температурасын, ток күшін бақылайды және қалыптан тыс өшіруді орындайды.
– Оңай оқшаулау үшін батареяны ажырату қосқышы.
– Температура және желдету сенсорлары (газға байланысты қорғасын-қышқыл үшін маңыздырақ).
Таңдау кезінде ескеретін жайттар:
– Инвертордың максималды тогын (кернеу тогын) анықтаңыз, содан кейін лездік кернеулерге төтеп бере алатын ажыратқышты/сақтандырғышты таңдаңыз.
– Кабель өлшемінің ток күшіне сәйкес келетініне көз жеткізіңіз, себебі сақтандырғыш істен шыққанға дейін кішкентай кабель қызып кетуі мүмкін.
– Анық сертификаты бар сапалы компоненттерді пайдаланыңыз.
8. Жерге қосу және найзағайдан қорғау: жиі назардан тыс қалатын қорғаныс негізі
Көптеген кернеудің жоғарылауы және электр қуатының үзілуі мәселелері нашар жерге қосудан туындайды. Жақсы жерге қосу SPD-лердің тиімді жұмыс істеуіне көмектеседі және панель рамасы/құрылымы бойынша қауіпті ықтимал айырмашылықтарды азайтады.
Қарастырылатын компоненттер:
– Модуль рамасы мен бекіту құрылымын жерге қосу.
– Инвертор мен тарату панелін жерге қосу.
– Найзағай қаупі жоғары ғимараттардағы сыртқы найзағайдан қорғау жүйесі (СҚЖ).
Маңызды қағидаттар:
– Жерге қосу жолы қысқа, түзу және күрт бұрылыстар минималды болуы керек.
– Қосылым берік және коррозияға төзімді болуы керек.
– Топырақтың төзімділігі стандартты/сарапшы ұсыныстарына сәйкес келуі керек.
9. Доғалық ақаулардан қорғау (AFCI): Өрт қаупін азайтады
Доғаның ақауы электр ұшқыны бос қосылым, тозған сым немесе дұрыс орнатылмаған қосқыш салдарынан пайда болған кезде пайда болады. Тұрақты ток жағында доға үздіксіз ток салдарынан өртке әкелуі мүмкін.
Кейбір заманауи инверторларда AFCI бар. Егер жоқ болса, бұл қорғаныс, әсіресе күрделі шатыр орнатулары үшін ерекше назар аударуға тұрарлық болуы мүмкін.
Қорғаныс құралдарын таңдаудағы жиі кездесетін қателіктер
Жұмыс барысында жиі кездесетін қателіктердің кейбіріне мыналар жатады:
1. Күн батареясының тұрақты ток желісі үшін айнымалы ток MCB пайдалану.
2. SPD-ны тиісті жерге тұйықтаусыз орнату.
3. Сақтандырғыш/ажыратқыштың номиналды қуаты тым үлкен, сондықтан кабель қорғалмаған.
4. RCD инвертор түріне сәйкес келмейді (бұл кедергілерге немесе тиімсіздікке әкеледі).
5. Қорғаныс дұрыс орнатылмаған — инвертордан тым алыс немесе параллель тізбектерді қорғамайды.
Жабу
Қорғаныс құрылғылары тек аксессуарлар ғана емес, сонымен қатар қауіпсіз және сенімді күн электр станциясының дизайнының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Дұрыс үйлесім - мысалы, тұрақты ток MCB/сақтандырғыштары, тұрақты оқшаулағыштар, тұрақты және айнымалы ток жағындағы SPD, RCD/RCBO, батареяны қорғау және дұрыс жерге қосу - панельдерді, инверторды, батареяны және үйдегі қондырғыны электрлік кедергілер мен ауа райының әсерінен болатын зақымданудан қорғайды.
Оңтайлы нәтижелерге қол жеткізу үшін қорғаныс құрылғысын таңдау жүйенің конфигурациясына (тізбек кернеуі, ток күші, инвертор түрі, батареяның қолжетімділігі), қолданыстағы стандарттарға және өндірушінің ұсыныстарына негізделуі керек. Тиісті қорғаныс жоспарлауымен күн фотоэлектрлік жүйелері тұрақтырақ, қауіпсіз жұмыс істей алады және алдағы жылдар бойы максималды пайда әкеле алады.
