Προστασία από υπερτάσεις για φωτοβολταϊκά συστήματα

Οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (PV) για την εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας διατρέχουν μεγάλο κίνδυνο από εκκενώσεις κεραυνού λόγω της εκτεθειμένης θέσης και της μεγάλης επιφάνειας.

Η ζημιά σε μεμονωμένα τμήματα ή η αποτυχία ολόκληρης της εγκατάστασης μπορεί να είναι η συνέπεια.

Τα ρεύματα αστραπής και οι τάσεις κύματος προκαλούν συχνά ζημιά στους μετατροπείς και τις φωτοβολταϊκές μονάδες. Αυτές οι ζημιές σημαίνουν περισσότερα έξοδα για τον χειριστή της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης. Όχι μόνο υπάρχουν υψηλότερα κόστη επισκευής, αλλά η παραγωγικότητα της εγκατάστασης μειώνεται επίσης σημαντικά. Επομένως, μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση πρέπει πάντα να ενσωματώνεται στην υπάρχουσα στρατηγική προστασίας από κεραυνό και γείωση.

Για να αποφευχθούν αυτές οι διακοπές, οι στρατηγικές προστασίας από κεραυνό και κύματα πρέπει να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σας παρέχουμε την υποστήριξη που χρειάζεστε, ώστε η εγκατάστασή σας να λειτουργεί ομαλά και να προσφέρει την αναμενόμενη απόδοση! Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει να διασφαλίσετε την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων φωτισμού και υπέρτασης από το LSP:

• Για την προστασία του κτιρίου και της φωτοβολταϊκής σας εγκατάστασης
• Για να αυξήσετε τη διαθεσιμότητα του συστήματος
• Για την προστασία της επένδυσής σας

Πρότυπα και απαιτήσεις

Τα ισχύοντα πρότυπα και οδηγίες για την προστασία από υπέρταση πρέπει πάντα να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό και την εγκατάσταση οποιουδήποτε φωτοβολταϊκού συστήματος.

Το ευρωπαϊκό σχέδιο προτύπου DIN VDE 0100 μέρος 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (ανέγερση συστημάτων χαμηλής τάσης, απαιτήσεις για ειδικό εξοπλισμό και εγκαταστάσεις · συστήματα φωτοβολταϊκής ισχύος) και οι διεθνείς προδιαγραφές εγκατάστασης για φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις - IEC 60364-7- 712 - και οι δύο περιγράφουν την επιλογή και την εγκατάσταση προστασίας από υπερτάσεις για φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις. Συνιστούν επίσης συσκευές προστασίας από υπερτάσεις μεταξύ των φωτοβολταϊκών γεννητριών. Στη δημοσίευση του 2010 σχετικά με την προστασία από υπερτάσεις για κτίρια με φωτοβολταϊκή εγκατάσταση, ο Σύνδεσμος Γερμανών Ασφαλιστικών Ακινήτων (VdS) απαιτεί> 10 kW αστραπή και προστασία από υπέρταση σύμφωνα με την κατηγορία προστασίας από κεραυνούς III.

Για να διασφαλίσετε ότι η εγκατάστασή σας είναι ασφαλής στο μέλλον, είναι αυτονόητο ότι τα εξαρτήματά μας συμμορφώνονται πλήρως με όλες τις απαιτήσεις.

Επιπλέον, προετοιμάζεται ένα ευρωπαϊκό πρότυπο για εξαρτήματα προστασίας τάσης από υπερτάσεις. Αυτό το πρότυπο θα καθορίσει σε ποιο βαθμό πρέπει να σχεδιαστεί η προστασία τάσης κύματος στην πλευρά DC των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Αυτό το πρότυπο είναι επί του παρόντος prEN 50539-11.

Ένα παρόμοιο πρότυπο ισχύει ήδη στη Γαλλία - το UTE C 61-740-51. Τα προϊόντα της LSP δοκιμάζονται επί του παρόντος για συμμόρφωση και με τα δύο πρότυπα, ώστε να παρέχουν ακόμη υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας.

Οι μονάδες προστασίας από υπέρταση στις κατηγορίες I και Class II (B και C δεσμευτές) διασφαλίζουν ότι τα ρεύματα τάσης είναι γρήγορα περιορισμένα και ότι το ρεύμα αποφορτίζεται με ασφάλεια. Αυτό σας επιτρέπει να αποφύγετε δαπανηρές ζημιές ή την πιθανότητα πλήρους διακοπής ρεύματος στη φωτοβολταϊκή σας εγκατάσταση.

Για κτίρια με ή χωρίς συστήματα προστασίας φωτισμού - έχουμε το κατάλληλο προϊόν για κάθε εφαρμογή! Μπορούμε να παραδώσουμε τις μονάδες όπως χρειάζεστε - πλήρως προσαρμοσμένες και προ-καλωδιωμένες σε περιβλήματα.

Ανάπτυξη συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD) σε φωτοβολταϊκά συστήματα

Η φωτοβολταϊκή ενέργεια αποτελεί ζωτικό συστατικό της συνολικής παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Υπάρχουν ορισμένα ειδικά χαρακτηριστικά που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την ανάπτυξη συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD) σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν πηγή τάσης DC, με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Η έννοια του συστήματος πρέπει, επομένως, να λάβει υπόψη αυτά τα ειδικά χαρακτηριστικά και να συντονίσει ανάλογα τη χρήση των ΕΕΠ. Για παράδειγμα, οι προδιαγραφές SPD για φωτοβολταϊκά συστήματα πρέπει να σχεδιαστούν τόσο για μέγιστη τάση χωρίς φορτίο της ηλιακής γεννήτριας (V_OC STC = τάση του εκφορτωμένου κυκλώματος υπό τυπικές συνθήκες δοκιμής) καθώς και όσον αφορά τη διασφάλιση της μέγιστης διαθεσιμότητας και ασφάλειας του συστήματος.

Εξωτερική αστραπή

Λόγω της μεγάλης επιφάνειας και της γενικά εκτεθειμένης θέσης εγκατάστασης, τα φωτοβολταϊκά συστήματα κινδυνεύουν ιδιαίτερα από ατμοσφαιρικές εκκενώσεις - όπως κεραυνούς. Σε αυτό το σημείο, υπάρχει ανάγκη διάκρισης μεταξύ των επιπτώσεων των άμεσων κεραυνών και των λεγόμενων έμμεσων (επαγωγικών και χωρητικών) απεργιών. Αφενός, η αναγκαιότητα προστασίας από κεραυνούς εξαρτάται από τις κανονιστικές προδιαγραφές των σχετικών προτύπων και, αφενός, η ανάγκη προστασίας από κεραυνές δαπανάται από τις κανονιστικές προδιαγραφές των σχετικών προτύπων. Από την άλλη πλευρά, εξαρτάται από την ίδια την εφαρμογή, με άλλα λόγια, ανάλογα με το αν πρόκειται για εγκατάσταση κτιρίου ή πεδίου. Με τις εγκαταστάσεις του κτιρίου, γίνεται διαφορά μεταξύ της εγκατάστασης μιας φωτοβολταϊκής γεννήτριας στην οροφή ενός δημόσιου κτηρίου - με ένα υπάρχον σύστημα προστασίας από κεραυνούς - και της εγκατάστασης στην οροφή ενός αχυρώνα - χωρίς σύστημα προστασίας από κεραυνούς. Οι εγκαταστάσεις πεδίου προσφέρουν επίσης μεγάλους πιθανούς στόχους λόγω των συστοιχιών μονάδων μεγάλης έκτασης. Σε αυτήν την περίπτωση, συνιστάται μια λύση εξωτερικής προστασίας από κεραυνούς για αυτόν τον τύπο συστήματος για την αποφυγή άμεσων κτυπημάτων φωτισμού.

Κανονικές αναφορές μπορούν να βρεθούν στο IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), στο συμπλήρωμα 2 (ερμηνεία σύμφωνα με το επίπεδο προστασίας από αστραπές ή το επίπεδο κινδύνου LPL III) [2] και στο συμπλήρωμα 5 (αστραπή και προστασία από υπέρταση για φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος) και στην οδηγία VdS 2010 [3], (εάν φωτοβολταϊκά συστήματα> 10 kW, τότε απαιτείται αστραπιαία προστασία). Επιπλέον, απαιτούνται μέτρα προστασίας από υπερτάσεις. Για παράδειγμα, θα πρέπει να παρέχεται προτίμηση στο διαχωρισμό συστημάτων τερματισμού αέρα για την προστασία της φωτοβολταϊκής γεννήτριας. Ωστόσο, εάν δεν είναι δυνατόν να αποφευχθεί η άμεση σύνδεση με τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια, με άλλα λόγια, η απόσταση ασφαλούς διαχωρισμού δεν μπορεί να διατηρηθεί, τότε πρέπει να ληφθούν υπόψη τα αποτελέσματα μερικών ρευμάτων αστραπής. Βασικά, θωρακισμένα καλώδια θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για τις κύριες γραμμές γεννητριών για να διατηρείται η επαγόμενη υπέρταση όσο το δυνατόν χαμηλότερα. Επιπλέον, εάν η διατομή είναι επαρκής (ελάχ. 16 mm² Cu), η θωράκιση καλωδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διεξαγωγή μερικών ρευμάτων αστραπής. Το ίδιο ισχύει και για τη χρήση κλειστών μεταλλικών περιβλημάτων. Η γείωση πρέπει να συνδεθεί και στα δύο άκρα των καλωδίων και των μεταλλικών περιβλημάτων. Αυτό διασφαλίζει ότι οι κύριες γραμμές της γεννήτριας εμπίπτουν στο LPZ1 (Lightning Protection Zone). αυτό σημαίνει ότι αρκεί ένας τύπος SPD 2. Διαφορετικά, απαιτείται SPD τύπου 1.

Η χρήση και η σωστή προδιαγραφή των συσκευών προστασίας από υπερτάσεις

Σε γενικές γραμμές, είναι δυνατόν να θεωρηθεί η ανάπτυξη και προδιαγραφή των SPD σε συστήματα χαμηλής τάσης στην πλευρά AC ως τυπική διαδικασία. Ωστόσο, η ανάπτυξη και η σωστή προδιαγραφή σχεδιασμού για τις γεννήτριες PV DC παραμένει μια πρόκληση. Ο λόγος είναι πρώτον ότι μια ηλιακή γεννήτρια έχει τα δικά της ειδικά χαρακτηριστικά και, δεύτερον, τα SPD αναπτύσσονται στο κύκλωμα DC. Τα συμβατικά SPD συνήθως αναπτύσσονται για εναλλασσόμενα συστήματα τάσης και όχι για συστήματα άμεσης τάσης. Τα σχετικά πρότυπα προϊόντων [4] έχουν καλύψει αυτές τις εφαρμογές εδώ και χρόνια, και αυτά μπορούν ουσιαστικά να εφαρμοστούν και σε εφαρμογές τάσης DC. Ωστόσο, ενώ οι προηγουμένως σχετικά χαμηλές τάσεις φωτοβολταϊκών συστημάτων πραγματοποιήθηκαν, σήμερα επιτυγχάνουν ήδη περίπου. 1000 V DC στο μη φορτωμένο κύκλωμα PV Ο στόχος είναι να ελέγξετε τις τάσεις του συστήματος με αυτή τη σειρά με κατάλληλες συσκευές προστασίας από υπερτάσεις. Οι θέσεις στις οποίες είναι τεχνικά κατάλληλη και πρακτική η τοποθέτηση των SPD σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα εξαρτάται κυρίως από τον τύπο του συστήματος, την ιδέα του συστήματος και τη φυσική επιφάνεια. Τα σχήματα 2 και 3 απεικονίζουν τις βασικές διαφορές: Πρώτον, ένα κτίριο με εξωτερική αστραπή και ένα φωτοβολταϊκό σύστημα τοποθετημένο στην οροφή (εγκατάσταση κτιρίου). Δεύτερον, ένα εκτεταμένο σύστημα ηλιακής ενέργειας (εγκατάσταση πεδίου), επίσης εξοπλισμένο με εξωτερικό σύστημα προστασίας από κεραυνούς. Στην πρώτη περίπτωση - λόγω του μικρότερου μήκους καλωδίου - η προστασία εφαρμόζεται απλώς στην είσοδο DC του μετατροπέα. Στη δεύτερη περίπτωση, τα SPD εγκαθίστανται στο κουτί ακροδεκτών της ηλιακής γεννήτριας (για την προστασία των ηλιακών μονάδων) καθώς και στην είσοδο DC του μετατροπέα (για την προστασία του μετατροπέα). Τα SPD πρέπει να εγκαθίστανται κοντά στη φωτοβολταϊκή γεννήτρια, καθώς και κοντά στον μετατροπέα, μόλις το μήκος του καλωδίου που απαιτείται μεταξύ της φωτοβολταϊκής γεννήτριας και του μετατροπέα υπερβαίνει τα 10 μέτρα (Εικόνα 2). Η τυπική λύση για την προστασία της πλευράς AC, που σημαίνει την έξοδο του μετατροπέα και την παροχή δικτύου, πρέπει στη συνέχεια να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας SPD τύπου 2 εγκατεστημένα στην έξοδο του μετατροπέα και - στην περίπτωση εγκατάστασης κτιρίου με εξωτερική προστασία από κεραυνό στην τροφοδοσία δικτύου Σημείο - εξοπλισμένο με απαγωγέα κύματος SPD τύπου 1.

Για να διασφαλιστεί ότι τα SPD μπορούν να κυριαρχήσουν σε τέτοιες υψηλές τάσεις συστήματος, η σύνδεση αστεριού που αποτελείται από τρία βαρίστορ έχει αποδειχθεί αξιόπιστη και έχει καθιερωθεί ως οιονεί πρότυπο (Σχήμα 4). Εάν προκύψει σφάλμα μόνωσης, παραμένουν δύο βαρίστορ στη σειρά, πράγμα που αποτρέπει αποτελεσματικά την υπερφόρτωση του SPD.

Συνοψίζοντας: υπάρχει προστατευτικό κύκλωμα με απολύτως μηδενικό ρεύμα διαρροής και αποτρέπεται η τυχαία ενεργοποίηση του μηχανισμού αποσύνδεσης. Στο σενάριο που περιγράφεται παραπάνω, αποτρέπεται επίσης η εξάπλωση της φωτιάς. Ταυτόχρονα, αποφεύγεται κάθε επιρροή από μια συσκευή παρακολούθησης μόνωσης. Επομένως, εάν παρουσιαστεί δυσλειτουργία μόνωσης, υπάρχουν πάντα δύο βαρίστορ στη σειρά. Με αυτόν τον τρόπο, πληρούται η απαίτηση να αποφεύγονται πάντα τα σφάλματα γείωσης. LSP's SPD τύπου 2 arrester SLP40-PV1000 / 3, U_CPV = 1000Vdc παρέχει μια καλά δοκιμασμένη, πρακτική λύση και έχει δοκιμαστεί για συμμόρφωση με όλα τα τρέχοντα πρότυπα (UTE C 61-740-51 και prEN 50539-11) (Σχήμα 4). Με αυτόν τον τρόπο, προσφέρουμε τον υψηλότερο βαθμό ασφάλειας διαθέσιμο για χρήση σε κυκλώματα DC.

Πρακτικές εφαρμογές

Όπως έχει ήδη αναφερθεί, γίνεται διαφορά μεταξύ εγκαταστάσεων κτιρίου και πεδίου σε πρακτικές λύσεις. Εάν υπάρχει εξωτερική λύση προστασίας από κεραυνούς, η φωτοβολταϊκή γεννήτρια θα πρέπει κατά προτίμηση να ενσωματωθεί σε αυτό το σύστημα ως ένα απομονωμένο σύστημα συσκευής απασφάλισης. Το IEC 62305-3 καθορίζει ότι η απόσταση τερματισμού αέρα πρέπει να διατηρηθεί. Εάν δεν μπορεί να διατηρηθεί, τότε πρέπει να ληφθούν υπόψη οι επιπτώσεις μερικών κεραυνών. Σε αυτό το σημείο, το πρότυπο προστασίας από κεραυνούς IEC 62305-3 Συμπληρώματα 2 αναφέρει στην Ενότητα 17.3: «για τη μείωση των επαγόμενων υπερτάσεων θωρακισμένα καλώδια θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για τις κύριες γραμμές της γεννήτριας». Εάν η διατομή είναι επαρκής (ελάχ. 16 mm² Cu), η θωράκιση καλωδίου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διεξαγωγή μερικών ρευμάτων αστραπής. Συμπλήρωμα (Σχήμα 5) - Προστασία από κεραυνούς για φωτοβολταϊκά συστήματα - που εκδόθηκε από την ABB (Επιτροπή Προστασίας Αστραπών και Έρευνας Κεραυνών της (Γερμανικής) Ένωσης Ηλεκτρικών, Ηλεκτρονικών και Τεχνολογιών Πληροφοριών) δηλώνει ότι οι κύριες γραμμές για τις γεννήτριες πρέπει να προστατεύονται . Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτούνται απαγωγείς ρεύματος αστραπής (SPD τύπου 1), αν και είναι απαραίτητοι και οι δύο απαγωγείς τάσης τάσης (SPD τύπου 2). Όπως απεικονίζει το Σχήμα 5, μια θωρακισμένη κύρια γραμμή γεννήτριας προσφέρει μια πρακτική λύση και επιτυγχάνει κατάσταση LPZ 1 κατά τη διαδικασία. Με αυτόν τον τρόπο, οι απαγωγείς κύματος SPD τύπου 2 αναπτύσσονται σύμφωνα με τις προδιαγραφές προδιαγραφών.

Έτοιμες λύσεις

Για να διασφαλιστεί ότι η επιτόπια εγκατάσταση είναι όσο το δυνατόν πιο απλή, το LSP προσφέρει έτοιμες για εφαρμογή λύσεις για την προστασία των πλευρών DC και AC των μετατροπέων. Plug-and-play PV κουτιά μειώνουν το χρόνο εγκατάστασης. Το LSP θα πραγματοποιήσει επίσης συναρμολογήσεις για συγκεκριμένους πελάτες, κατόπιν αιτήματός σας. Περισσότερες πληροφορίες διατίθενται στη διεύθυνση www.lsp-international.com

Σημείωση:

Πρέπει να τηρούνται τα πρότυπα και οι οδηγίες για κάθε χώρα

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) μέρος 712: 2006-06, Απαιτήσεις για ειδικές εγκαταστάσεις ή τοποθεσίες. Ηλιακά φωτοβολταϊκά (PV) συστήματα τροφοδοσίας

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Προστασία από κεραυνούς, Μέρος 3: Προστασία εγκαταστάσεων και ατόμων, συμπλήρωμα 2, η ερμηνεία σύμφωνα με την κατηγορία προστασίας ή το επίπεδο κινδύνου III LPL, Συμπλήρωμα 5, αστραπές και προστασία από υπερτάσεις για φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος

[3] Οδηγία VdS 2010: 2005-07 Προστασία από αστραπές και κύματα με γνώμονα τον κίνδυνο. Οδηγίες για την πρόληψη των απωλειών, VdS Schadenverhütung Verlag (εκδότες)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Συσκευές προστασίας από υπέρταση χαμηλής τάσης - Μέρος 11: Συσκευές προστασίας από υπερτάσεις για χρήση σε συστήματα ισχύος χαμηλής τάσης - απαιτήσεις και δοκιμές

[5] IEC 62305-3 Προστασία από κεραυνούς - Μέρος 3: Φυσική ζημιά σε κατασκευές και κίνδυνος ζωής

[6] IEC 62305-4 Προστασία από κεραυνούς - Μέρος 4: Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός κατασκευών

[7] prEN 50539-11 Συσκευές προστασίας από υπέρταση χαμηλής τάσης - Συσκευές προστασίας από υπερτάσεις για συγκεκριμένη εφαρμογή συμπεριλαμβανομένου του dc - Μέρος 11: Απαιτήσεις και δοκιμές για SPD σε φωτοβολταϊκές εφαρμογές

[8] Πρότυπο γαλλικού προϊόντος για προστασία από υπερτάσεις στην περιοχή DC UTE C 61-740-51