Apsauginių įrenginių parinktys, skirtos apsaugoti saulės energijos sistemas nuo pažeidimų rizikos
Saulės energijos sistemos (PSJS), nesvarbu, ar jos būtų gyvenamosios, ar komercinės, yra ilgalaikės investicijos, kurios, kaip tikimasi, stabiliai veiks dešimtmečius. Tačiau, nepaisant jų privalumų – energijos vartojimo efektyvumo, ekologiškumo ir mažų eksploatavimo sąnaudų, – PSJS vis tiek kelia žalos riziką dėl elektros energijos tiekimo sutrikimų, ekstremalių oro sąlygų, montavimo klaidų ir prastos komponentų kokybės. Todėl tinkamų apsaugos įtaisų pasirinkimas yra labai svarbus siekiant užtikrinti, kad sistema išliktų saugi, efektyvi ir ilgaamžė.
Šiame straipsnyje aptariami įvairūs apsauginiai įtaisai, dažniausiai naudojami saulės energijos sistemoms apsaugoti, jų atitinkamos funkcijos ir svarbūs aspektai, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį juos renkantis.
Kodėl saulės energijos sistemoms reikalinga apsauga?
Skirtingai nuo įprastų elektros įrenginių, saulės elektrinės (SJJ) turi dvi pagrindines puses: nuolatinės srovės pusę (nuo saulės baterijų iki keitiklio / MPPT) ir kintamosios srovės pusę (keitiklio išvestis į apkrovą / tinklą). Abi pusės turi skirtingas trikdžių charakteristikas. Nuolatinės srovės pusėje įtampa gali būti aukšta, o srovė teka tol, kol yra saulės šviesa. Tuo tarpu kintamosios srovės pusėje rizika yra panašesnė į įprastos namų instaliacijos riziką, tačiau jai vis tiek įtakos turi keitiklio kokybė ir jo sąveika su tinklu.
Be tinkamos apsaugos, tokie trikdžiai kaip žaibas, viršįtampiai, trumpieji jungimai, poliškumo pasikeitimas, viršsrovė ir nuotėkio srovė gali pažeisti keitiklį, akumuliatorių ir laidus ir net sukelti gaisrus. Todėl apsauginiai įtaisai turi būti parenkami atsižvelgiant į sistemos konstrukciją, talpą ir saugos standartus.
1. MCB/MCCB DC: grandinės pertraukiklis skydo pusėje
Miniatiūrinio jungiklio (MCB) arba lieto korpuso jungiklio (MCCB) nuolatinės srovės versija veikia kaip automatinis jungiklis, kai nuolatinės srovės linijoje įvyksta viršsrovis arba trumpasis jungimas. Daugelis žmonių klaidingai naudoja kintamosios srovės MCB saulės baterijų linijoms. Tačiau atjungti nuolatinę srovę yra sunkiau, nes lankas paprastai išsilaiko ilgiau nei kintamosios srovės.
Pagrindinės funkcijos:
– Apsaugo laidus ir įrenginius nuo viršsrovės.
– Nutraukia grandinę, kai įvyksta trumpasis jungimas.
– Palengvina kelio izoliaciją techninės priežiūros metu.
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Įsitikinkite, kad vardinė srovė yra tik nuolatinė (ne kintamoji).
– Sureguliuokite darbinę įtampą (pvz., 500 V nuolatinės srovės, 600 V nuolatinės srovės, 1000 V nuolatinės srovės) pagal skydelio instrukciją.
– Sureguliuokite nominalią srovę iki maksimalios sistemos srovės pridėjus saugos ribą.
– Pasirinkite gamintojo rekomendacijas atitinkančią išjungimo kreivę.
2. Nuolatinės srovės saugiklis (saugiklis): styginių skydelio apsauga
Nuolatinės srovės saugikliai dažnai naudojami saulės baterijų sistemose, sudarytose iš kelių lygiagrečių stygų, stygų apsaugai. Kai viena styga patiria trumpąjį arba atvirkštinį srovę iš kitos stygos, saugiklis perdega, sustabdydamas pavojingos srovės tekėjimą.
Pagrindinės funkcijos:
– Apsaugo nuo atbulinio srauto, kuris gali įkaitinti kabelius ir modulius.
– Apsaugo atskiras eilutes vieno kelio gedimo atveju.
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Naudokite specialų PV saugiklį (gPV), skirtą modulio nuolatinės srovės charakteristikoms.
– Srovės vertę reguliuokite pagal modulio Isc (trumpojo jungimo srovę) ir lygiagrečiąją konfigūraciją.
– Užtikrinkite pakankamą atjungimo galią.
3. Nuolatinės srovės izoliatoriaus jungiklis: atjungimo jungiklis darbo saugai
Nuolatinės srovės izoliatorius yra rankinis atjungimo jungiklis, leidžiantis technikams išjungti nuolatinės srovės liniją prieš atliekant keitiklio techninę priežiūrą arba plokščių remontą. Tai svarbu, nes saulės baterijos toliau gamina elektrą, kai yra veikiamos šviesos.
Pagrindinės funkcijos:
– Užtikrina saugią izoliaciją techninės priežiūros metu.
– Sumažina elektros smūgio riziką tvarkant nuolatinės srovės komponentus.
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Įsitikinkite, kad įtampa ir srovės stiprumas atitinka stygos vertes.
– Pasirinkite izoliatorių, pasižymintį gera nuolatinės srovės apkrovos atjungimo galia (apkrovos atjungimo jungiklį).
– Padėkite lengvai prieinamoje vietoje ir aiškiai pažymėkite.
4. Apsaugos nuo viršįtampių įtaisas (SPD): apsauga nuo žaibo ir įtampos šuolių
Įtampos šuolius gali sukelti tiesioginis arba netiesioginis žaibas (indukuoti šuoliai), didelis apkrovos perjungimas arba tinklo trikdžiai. Įtampos viršįtampių apsaugos įtaisas (BPD) yra vienas iš svarbiausių komponentų, nes keitikliai ir elektroniniai prietaisai yra jautrūs viršįtampiams.
SPD paprastai įrengiami:
– Nuolatinės srovės pusėje (šalia keitiklio arba jungimo dėžutės).
– Kintamosios srovės pusė (skirstymo skydas).
– Ryšio linijos (RS485, eternetas), jei yra stebėjimas.
Pagrindinės funkcijos:
– Nukreipia įtampos šuolius į įžeminimą, kad jie nepatektų į keitiklį.
– Sumažina elektroninių komponentų pažeidimo ir gaisro riziką.
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Nustatykite SPD tipą: 1 tipas – didelei žaibo rizikai (įeinanti žaibo srovė), 2 tipas – sukeltam viršįtampiui, 1+2 tipai – kombinuotam.
– Pritaikykite darbinę įtampą (Uc) prie nuolatinės/kintamosios srovės sistemos įtampos.
– Atkreipkite dėmesį į apsaugos lygį (Up) ir iškrovos srovės pajėgumą (Imax/In).
– Užtikrinkite tinkamą įžeminimą; SPD be tinkamo įžeminimo yra mažiau veiksmingi.
5. RCD/RCBO: Apsauga nuo srovės nuotėkio kintamosios srovės pusėje
Nuotėkio srovės įtaisas (RCD) arba RCBO (MCB ir RCD derinys) apsaugo žmones ir įrenginius nuo įžeminimo nuotėkio. Saulės elektrinėse nuotėkis gali atsirasti dėl keitiklio, kintamosios srovės kabelių arba prijungtų buitinių prietaisų.
Pagrindinės funkcijos:
– Venkite elektros smūgio dėl srovės nuotėkio.
– Sumažina gaisro riziką dėl nuotėkio srovės.
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Pasirinkite keitikliui tinkamą RCD tipą: A tipas yra įprastas, tačiau kai kuriems keitikliams reikalingas B tipas (brangesnis) dėl nuotėkio srovėje esančio liekamojo nuolatinės srovės komponento.
– Sureguliuokite jautrumą: 30 mA žmonių apsaugai, 100–300 mA priešgaisrinei apsaugai tam tikrose sistemose.
– Laikykitės keitiklio gamintojo rekomendacijų ir vietinių įrengimo standartų.
6. Apsauga nuo viršįtampio / per mažo dažnio ir dažnio (tik tinklelio jungtyse)
Tinklo sistemoms (prijungtoms prie PLN/tinklo) reikalinga apsauga, užtikrinanti, kad keitiklis neperduotų energijos, kai tinklo įtampa arba dažnis viršija saugias ribas. Daugelyje keitiklių ši apsauga yra integruota (apsauga nuo salų veikimo, OV/UV, OF/UF), tačiau tam tikrose instaliacijose pagal reglamentus gali prireikti papildomų relių.
Pagrindinės funkcijos:
– Apsaugo sistemą nuo tinklo anomalijų.
– Užkirsti kelią izoliacijai, kuri kelia pavojų tinklo darbuotojams.
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Užtikrinkite, kad jis atitiktų sujungimo standartus (pvz., vietinius SPLN/IEC standartus).
– Nustatykite parametrus pagal komunalinių paslaugų reikalavimus.
– Įsitikinkite, kad yra koordinuotas pagrindinis jungiklis (kintamosios srovės jungiklis).
7. Akumuliatoriaus apsauga (hibridinėms / autonominėms sistemoms)
Jei sistemoje naudojamos baterijos (LiFePO4 arba švino-rūgšties), apsauga turi būti rimtesnė, nes baterijos gali perkaisti, patirti dideles sroves ir tam tikromis sąlygomis patirti šiluminį išbėgimą (ypač tam tikrų tipų ličio).
Įprasti apsaugos įtaisai:
– Saugiklis/pertraukiklis tarp akumuliatoriaus ir keitiklio, apsaugantis nuo trumpojo jungimo srovės.
– BMS (akumuliatorių valdymo sistema) ličio baterijoms: stebi elementų įtampą, temperatūrą, srovę ir atlieka neįprastą išjungimą.
– Akumuliatoriaus atjungimo jungiklis lengvam atjungimui.
– Temperatūros ir vėdinimo jutikliai (svarbesni švino rūgšties akumuliatoriams dėl dujų).
Renkantis į ką atkreipti dėmesį:
– Nustatykite maksimalią keitiklio srovę (viršįtampio srovę), tada pasirinkite jungiklį / saugiklį, kuris gali atlaikyti trumpalaikius viršįtampius.
– Įsitikinkite, kad kabelio dydis atitinka srovę, nes mažas kabelis gali įkaisti prieš perdegant saugikliui.
– Naudokite kokybiškus komponentus su aiškiais sertifikatais.
8. Įžeminimas ir žaibosauga: dažnai pamirštamas apsaugos pagrindas
Daugelį viršįtampių ir elektros energijos tiekimo sutrikimų paaštrina prastas įžeminimas. Geras įžeminimas padeda SPD efektyviai veikti ir sumažina pavojingus potencialų skirtumus visame skydo rėme / konstrukcijoje.
Komponentai, į kuriuos reikia atsižvelgti:
– Modulio rėmo ir tvirtinimo konstrukcijos įžeminimas.
– Keitiklio ir paskirstymo skydo įžeminimas.
– Išorinė žaibosaugos sistema (ŽSS) pastatuose, kuriuose yra didelė žaibo rizika.
Svarbūs principai:
– Įžeminimo kelias turi būti trumpas, tiesus ir su kuo mažiau staigių posūkių.
– Jungtis turi būti tvirta ir atspari korozijai.
– Grunto atsparumas turi atitikti standartų / ekspertų rekomendacijas.
9. Apsauga nuo lanko gedimų (AFCI): sumažina gaisro riziką
Lanko gedimas įvyksta, kai dėl atsilaisvinusios jungties, nutrūkusių laidų ar netinkamai pritvirtintos jungties atsiranda elektros kibirkštis. Nuolatinės srovės pusėje lankas gali sukelti gaisrą dėl nuolatinės srovės.
Kai kurie šiuolaikiniai keitikliai jau turi AFCI. Jei ne, ši apsauga gali būti ypatingas dėmesys, ypač sudėtingiems stogų įrengimams.
Dažniausios klaidos renkantis apsaugos priemones
Kai kurios klaidos, kurios dažnai pasitaiko lauke, yra šios:
1. Saulės baterijų nuolatinės srovės linijai naudojamas kintamosios srovės jungiklis.
2. SPD įrengimas be tinkamo įžeminimo.
3. Saugiklio/pertraukiklio vardinė srovė per didelė, todėl kabelis nėra apsaugotas.
4. RCD neatitinka keitiklio tipo (dėl to gali atsirasti nepageidaujamų išėjimų arba neefektyvumas).
5. Netinkamas apsaugos įtaisų išdėstymas – per toli nuo keitiklio arba neapsaugotos lygiagrečios stygos.
Uždarymas
Apsauginiai įtaisai yra ne tik priedai, bet ir pagrindinė saugios ir patikimos saulės elektrinės konstrukcijos dalis. Tinkamas jų derinys, pvz., nuolatinės srovės automatiniai jungikliai / saugikliai, nuolatinės srovės izoliatoriai, SPD tiek nuolatinės, tiek kintamosios srovės pusėse, RCD / RCBO, akumuliatoriaus apsauga ir tinkamas įžeminimas, apsaugos saulės baterijas, keitiklį, akumuliatorių ir namų instaliaciją nuo elektros trikdžių ir oro sąlygų sukeltos žalos.
Siekiant optimalių rezultatų, apsauginį įrenginį reikėtų rinktis atsižvelgiant į sistemos konfigūraciją (asortimento įtampą, srovę, keitiklio tipą, akumuliatorių prieinamumą), taikomus standartus ir gamintojo rekomendacijas. Tinkamai suplanavus apsaugą, saulės fotovoltinės sistemos gali veikti stabiliau, saugiau ir teikti maksimalią naudą daugelį metų.
