Заштита од молња и пренапони за фотоволтаични системи на покривот

Во моментов, инсталирани се многу PV системи. Врз основа на фактот дека само-генерираната електрична енергија е генерално поевтина и обезбедува висок степен на електрична независност од мрежата, PV системите ќе станат составен дел на електричните инсталации во иднина. Сепак, овие системи се изложени на сите временски услови и мораат да ги издржат со децении.

Каблите на PV системите често влегуваат во зградата и се протегаат на долги растојанија додека не стигнат до мрежната точка за поврзување.

Испуштањето на гром предизвикува електрично мешање на теренот и спроведено. Овој ефект се зголемува во однос на зголемувањето на должината на кабелот или јамките на проводникот. Пренапоните не ги оштетуваат само PV-модулите, инвертерите и нивната електроника за следење, туку и уредите во инсталацијата на зградата.

Што е уште поважно, производствените капацитети на индустриските згради исто така можат лесно да се оштетат и производството може да запре.

Ако брановите се инјектираат во системи кои се далеку од електричната мрежа, што исто така се нарекува самостојни PV системи, работата на опремата напојувана од соларна електрична енергија (на пр. Медицинска опрема, снабдување со вода) може да биде нарушена.

Неопходноста на системот за заштита од гром на покривот

Енергијата ослободена од молња испуштање е една од најчестите причини за пожарот. Затоа, личната и противпожарната заштита е од најголемо значење во случај на директен удар на гром кон зградата.

Во фазата на дизајнирање на PV систем, очигледно е дали е инсталиран систем за заштита од гром на зграда. Прописите за градење на некои земји налагаат јавните згради (на пр. Места за јавно собирање, училишта и болници) да бидат опремени со систем за заштита од гром. Во случај на индустриски или приватни згради, од нивната локација, видот на конструкцијата и употребата зависи дали мора да се инсталира систем за заштита од гром. За таа цел, мора да се утврди дали треба да се очекуваат удари од гром или може да имаат сериозни последици. Конструкциите на кои им е потребна заштита мора да бидат обезбедени со трајно ефективни системи за заштита од гром.

Според состојбата на научно и техничко знаење, инсталацијата на PV модули не го зголемува ризикот од удар на гром. Затоа, барањето за мерки за заштита од гром не може да се изведе директно од самото постоење на PV систем. Сепак, значителни молња пречки може да се инјектираат во зградата преку овие системи.

Затоа, потребно е да се утврди ризикот што произлегува од удар на гром според IEC 62305-2 (EN 62305-2) и да се земат предвид резултатите од оваа анализа на ризик при инсталирање на PV системот.

Дел 4.5 (Управување со ризик) од Додаток 5 на германскиот стандард DIN EN 62305-3 опишува дека системот за заштита од гром дизајниран за класата на LPS III (LPL III) ги исполнува вообичаените барања за PV системите. Покрај тоа, адекватните мерки за заштита од гром се наведени во упатството за германски VdS 2010 (Ризично-ориентирана молња и заштита од пренапони) објавено од Германското здружение за осигурување. Ова упатство исто така бара да се инсталира LPL III, а со тоа и систем за заштита од гром според класата на LPS III за PV системи на покривот (> 10 kW_p) и да се преземат мерки за заштита од пренапони. Како општо правило, фотоволтаичните системи на покривот не смеат да се мешаат во постојните мерки за заштита од гром.

Неопходност од заштита од пренапони за PV системи

Во случај на празнење на молња, електричните спроводници се зголемуваат. Заштитни уреди за пренапони (СПД) кои мора да бидат инсталирани низводно од уредите за да бидат заштитени од страната на наизменична струја, наизменична струја и податоци се покажаа многу ефикасни во заштитата на електричните системи од овие деструктивни врвови на напон. Дел 9.1 од стандардот CENELEC CLC / TS 50539-12 (Принципи на избор и примена - СПД поврзани со фотоволтаични инсталации) бара инсталирање на уреди за заштита од пренапони освен ако анализата на ризикот не покаже дека не се потребни СПД. Според стандардот IEC 60364-4-44 (HD 60364-4-44), уредите за заштита од пренапони исто така мора да бидат инсталирани за згради без надворешен систем за заштита од гром, како што се комерцијални и индустриски згради, на пример, земјоделски објекти. Додатокот 5 на германскиот стандард DIN EN 62305-3 дава детален опис на видовите на СПД и нивното место на инсталација.

Кабелско рутирање на PV системи

Каблите мора да бидат насочени на таков начин што ќе се избегнуваат големи проводнички јамки. Ова мора да се набудува при комбинирање на DC-кола за формирање низа и при меѓусебно поврзување на неколку жици. Покрај тоа, линиите за податоци или сензори не смеат да се пренесуваат преку неколку жици и да формираат големи диригентни јамки со жиците со жици. Ова исто така мора да се почитува при поврзување на инверторот со мрежната врска. Поради оваа причина, напојувањето (dc и ac) и податочните линии (на пр. Сензор за зрачење, мониторинг на приносот) мора да се насочат заедно со проводниците за потенцијално поврзување по целата нивна рута.

Заземјување на PV системи

PV-модулите обично се фиксираат на системите за поставување метал. Во живо PV компонентите на страната dc имаат двојна или армирана изолација (споредлива со претходната заштитна изолација) како што се бара во IEC 60364-4-41 стандардот. Комбинацијата на бројни технологии од страната на модулот и инверторот (на пр. Со или без галванска изолација) резултира во различни побарувања за заземјување. Покрај тоа, системот за следење на изолацијата интегриран во инвертерите е трајно ефикасен само ако системот за монтирање е поврзан со земја. Информациите за практичната примена се дадени во Додаток 5 на германскиот стандард DIN EN 62305-3. Металната конструкција е функционално заземјена доколку PV системот се наоѓа во заштитениот волумен на системите за завршување на воздухот и се одржува растојанието за одвојување. Дел 7 од Додаток 5 бара бакарни проводници со пресек од најмалку 6 mm² или еквивалентно за функционално заземјување (Слика 1). Монтажните шини исто така треба да бидат трајно меѓусебно поврзани со проводници од овој пресек. Ако системот за монтирање е директно поврзан со надворешниот систем за заштита од гром поради фактот што растојанието за одвојување s не може да се одржи, овие проводници стануваат дел од системот за моќни врски на молња. Следствено, овие елементи мора да бидат способни да носат молскавични струи. Минималното барање за систем за заштита од гром дизајниран за класа на LPS III е бакарен проводник со пресек од 16 mm² или еквивалентно. Исто така, во овој случај, шините за монтирање мора трајно да бидат меѓусебно поврзани со проводници од овој пресек (Слика 2). Функционалниот проводник за еквипотенцијално сврзување за заземјување / молња треба да се насочува паралелно и што е можно поблиску до каблите / линиите DC и AC.

Држачи за заземјување UNI (слика 3) може да се фиксираат на сите вообичаени системи за монтирање. Тие поврзуваат, на пример, бакарни проводници со пресек од 6 или 16 mm² и голи жици за заземјување со дијаметар од 8 до 10 мм до системот за монтирање на таков начин што тие можат да носат струи на молња. Интегрираната контактна плоча од не'рѓосувачки челик (V4A) обезбедува заштита од корозија за системите за поставување на алуминиум.

Растојание за раздвојување според IEC 62305-3 (EN 62305-3) Одредено растојание за одвојување s мора да се одржува помеѓу системот за заштита од гром и PV систем. Го дефинира потребното растојание за да се избегне неконтролирано палење близу металните делови што произлегуваат од удар на гром до надворешниот систем за заштита од гром. Во најлош случај, таквиот неконтролиран палење може да запали зграда. Во овој случај, оштетувањето на PV системот станува неважно.

Основни сенки на соларните ќелии

Растојанието помеѓу соларниот генератор и надворешниот систем за заштита од гром е апсолутно суштинско за да се спречи прекумерното засенчување. Дифузните сенки фрлени од, на пример, надземни водови, не влијаат значително на PV системот и приносот. Меѓутоа, во случај на основни сенки, темно јасно оцртана сенка се фрла на површината зад објектот, со што се менува струјата што тече низ PV-модулите. Поради оваа причина, соларните ќелии и придружните бајпас диоди не смеат да бидат под влијание на основните сенки. Ова може да се постигне со одржување на доволно растојание. На пример, ако прачка за завршување на воздухот со дијаметар од 10 мм засенчува модул, сенката на јадрото стабилно се намалува со зголемувањето на растојанието од модулот. После 1.08 м се става само дифузна сенка на модулот (Слика 4). Анексот А од Додаток 5 на германскиот стандард DIN EN 62305-3 дава подетални информации за пресметка на основните сенки.

Специјални заштитни уреди за пренапони за еднонасочна страна на фотонапонските системи

Карактеристиките U / I на изворите на фотонапонска струја се многу различни од оние на конвенционалните извори на еднонасочна струја: Тие имаат нелинеарна карактеристика (Слика 5) и предизвикуваат долгорочна постојаност на запалените лакови. Оваа единствена природа на изворите на PV-струја не бара само поголеми PV-прекинувачи и PV-осигурувачи, туку и исклучувач на заштитниот уред за пренапони, кој е прилагоден на оваа единствена природа и е способен да се справи со PV-струите. Додатокот 5 на германскиот стандард DIN EN 62305-3 (потточка 5.6.1, Табела 1) го опишува изборот на соодветни СПД.

За да се олесни изборот на СПД-типови 1, во табелите 1 и 2 е прикажана потребната способност за носење на струја на импулс од гром I_{немирник} во зависност од класата на ЛПС, голем број на долни спроводници на надворешните системи за заштита од гром, како и од типот СПД (ограничувач на напон, базиран на варистор или притвор засновано на јачина на искра). Мора да се користат SPD кои се во согласност со применливиот EN 50539-11 стандард. Под-делот 9.2.2.7 од CENELEC CLC / TS 50539-12 исто така се однесува на овој стандард.

Оддржувач тип 1 dc за употреба во PV системи:

Мултиполен тип 1 + тип 2 комбиниран dc апарат FLP7-PV. Овој уред за вклучување на DC се состои од комбиниран уред за исклучување и краток спој со Термо динамичка контрола и осигурувач во патеката за бајпас. Ова коло безбедно го исклучува одводникот од напонот на генераторот во случај на преоптоварување и сигурно ги гасне лаковите на струјата. Така, тоа овозможува заштита на PV генератори до 1000 А без дополнителен резервен осигурувач. Овој фаќач комбинира снабдувач на молња и снабдувач на пренапони во еден уред, со што се обезбедува ефикасна заштита на приклучната опрема. Со својот капацитет за испуштање I_{вкупниот} од 12.5 kA (10/350 μs), може флексибилно да се користи за највисоките класи на LPS. FLP7-PV е достапен за напон U_КОП од 600 V, 1000 V и 1500 V и има ширина од само 3 модули. Затоа, FLP7-PV е идеален комбиниран апарат тип 1 за употреба во фотоволтаични системи за напојување.

СПД-типови базирани на искра-јаз за вклучување на напон, на пример, FLP1-PV, е друга моќна технологија што овозможува испуштање на парцијални струи на молња во случај на DC PV системи. Благодарение на својата технологија на искра и DC-коло за гаснење кое овозможува ефикасно заштита на електронските системи низводно, оваа серија на ареми има исклучително висок капацитет на празнење на струјата I_{вкупниот} од 50 kA (10/350 μs) што е единствено на пазарот.

Оддржувач тип 2 dc за употреба во PV системи: SLP40-PV

Сигурната работа на СПД во DC PV-кола е исто така неопходна кога се користат уреди за заштита од пренапони тип 2. За таа цел, пренапоните на сериите SLP40-PV се одликуваат и со заштитно коло отпорно на грешки и исто така се поврзани со PV генератори до 1000 А без дополнителен резервен осигурувач.

Бројните технологии комбинирани во овие држачи спречуваат оштетување на заштитниот уред за пренапони како резултат на грешки на изолацијата во ПВ-колото, ризик од пожар на преоптоварен ареж и го става аретот во безбедна електрична состојба без нарушување на работата на ФВ-системот. Благодарение на заштитното коло, карактеристиката за ограничување на напонот на варисторите може целосно да се користи дури и во DC-кола на PV системи. Покрај тоа, трајно активниот уред за заштита од пренапони ги минимизира бројните врвови на мали напони.

Избор на СПД според нивото на заштита на напон U_p

Работниот напон на страната на dc од страната на PV системите се разликува од систем до систем. Во моментов, можни се вредности до 1500 V dc. Следствено, диелектричната јачина на приклучната опрема исто така се разликува. За да се осигури дека PV системот е сигурно заштитен, нивото на заштита од напон U_p до СПД мора да биде пониска од диелектричната јачина на ФВ-системот што треба да го заштити. Стандардот CENELEC CLC / TS 50539-12 бара Up да биде најмалку 20% понизок од диелектричната јачина на PV системот. СПД тип 1 или тип 2 мора да бидат координирани со енергијата со влезот на приклучната опрема. Ако СПД се веќе интегрирани во приклучна опрема, производителот обезбедува координација помеѓу СПД тип 2 и влезното коло на приклучната опрема.

Примери на употреба:

Зграда без надворешен систем за заштита од гром (ситуација А)

Слика 12 го покажува концептот на заштита од пренапони за PV систем инсталиран на зграда без надворешен систем за заштита од гром. Опасни бранови влегуваат во PV системот поради индуктивна спојка што произлегува од блиските удари на молња или патуваат од системот за напојување преку влезот на услугата до инсталацијата на потрошувачот. СПД тип 2 треба да се инсталираат на следниве локации:

- ДЦ страна на модулите и инвертерите

- наизменична струја од инверторот

- Главна нисконапонска плоча за дистрибуција

- Wични комуникациски интерфејси

Секој влез на DC (MPP) на инверторот мора да биде заштитен со уред за заштита од пренапони од тип 2, на пример, SLP40-PV серија, кој сигурно го штити DC страницата на PV системите. Стандардот CENELEC CLC / TS 50539-12 бара да се инсталира дополнителен апарат за тестирање од 2 на DC од страната на модулот, ако растојанието помеѓу влезот на инверторот и PV генераторот надминува 10 m.

Излезните наизменична струја од инвертерите се доволно заштитени ако растојанието помеѓу PV-инвертерите и местото на инсталирање на апаратот тип 2 на точката на поврзување на мрежата (нисконапонски влез) е помало од 10 m. Во случај на поголема должина на кабелот, дополнителен уред за заштита од пренапони од типот 2, на пример, серија SLP40-275, мора да се инсталира возводно од влезот на инверторот во согласност со CENELEC CLC / TS 50539-12.

Покрај тоа, мора да се инсталира заштитен уред за пренапони од типот 2 SLP40-275 серија низводно од мерачот на нисконапонскиот влез. CI (прекин на струјното коло) се залага за координиран осигурувач интегриран во заштитната патека на одводникот, дозволувајќи му на аретот да се користи во струјното коло без дополнителен резервен осигурувач. Серијата SLP40-275 е достапна за секоја нисконапонска конфигурација на системот (TN-C, TN-S, TT).

Ако инвертерите се поврзани со линиите за податоци и сензори за да го следат приносот, потребни се соодветни заштитни уреди за пренапони. Серијата FLD2, која располага со терминали за два пара, на пример за влезни и појдовни линии за податоци, може да се користи за системи со податоци базирани на RS 485.

Градење со надворешен систем за заштита од гром и доволно растојание за одвојување (ситуација Б)

Слика 13 го покажува концептот на заштита од пренапони за PV систем со надворешен систем за заштита од гром и доволно растојание за одвојување помеѓу PV системот и надворешниот систем за заштита од гром.

Примарната цел на заштитата е да се избегне оштетување на лица и имот (пожар во зграда) што произлегува од удар на гром. Во овој контекст, важно е PV системот да не се меша со системот за надворешна заштита од гром. Покрај тоа, самиот PV систем мора да биде заштитен од директни удари на гром. Ова значи дека PV системот мора да биде инсталиран во заштитениот волумен на надворешниот систем за заштита од гром. Овој заштитен волумен е формиран од системи за завршување на воздухот (на пр. Шипки за завршување на воздухот) кои спречуваат директни удари на гром кон PV-модулите и каблите. Метод на заштитен агол (Слика 14) или метод на тркалање сфера (Слика 15) како што е опишано во потсекција 5.2.2 од IEC 62305-3 (EN 62305-3) стандард може да се користи за одредување на овој заштитен волумен. Одредено растојание за одвојување мора да се одржува помеѓу сите проводни делови на PV системот и системот за заштита од гром. Во овој контекст, основните сенки мора да се спречат со, на пример, одржување на доволно растојание помеѓу прачките за завршување на воздухот и PV-модулот.

Еквипотенцијалното поврзување на гром е составен дел од системот за заштита од гром. Таа мора да биде имплементирана за сите проводни системи и линии што влегуваат во зградата што може да носат струи на молња. Ова се постигнува со директно поврзување на сите метални системи и индиректно поврзување на сите енергизирани системи преку механизми за струја од типот 1 со системот за завршување на земјата. Еквипотенцијалното сврзување на молња треба да се спроведе што е можно поблиску до влезната точка во зградата за да се спречи влегување на парцијални струи на гром во зградата. Точката на поврзување на мрежата мора да биде заштитена со повеќеполен тип 1 СПД заснован на искра, на пример, комбиниран арес од типот 1 FLP25GR. Овој апсеч комбинира снабдувач на струја од молња и притвор за пренапони во еден уред. Ако должината на кабелот помеѓу арежот и инверторот е помала од 10 m, се обезбедува доволна заштита. Во случај на поголема должина на кабелот, мора да се инсталираат дополнителни уреди за заштита од пренапони од типот 2 низводно од влезот на инвертерите според CENELEC CLC / TS 50539-12.

Секој влезен влез во инверторот мора да биде заштитен со тип 2 PV-апарат, на пример, SLP40-PV серија (Слика 16). Ова исто така важи и за уреди без трансформатор. Ако инвертерите се поврзани со линии за податоци, на пример, за да го следат родот, мора да се инсталираат заштитни уреди за пренапони за да се заштити преносот на податоците. За оваа цел, сериите FLPD2 може да се обезбедат за линии со системи за аналогни сигнали и шини за податоци, како што е RS485. Го детектира работниот напон на корисниот сигнал и го прилагодува нивото на заштита на напонот на овој работен напон.

Високонапонски, изолиран HVI спроводник

Друга можност за одржување на растојанијата на одвојување е да се користат високонапонски, изолирани HVI проводници кои овозможуваат одржување на растојание на одвојување до 0.9 m во воздухот. Проводниците HVI можат директно да контактираат со PV системот низводно од крајниот опсег на запечатување. Подетални информации за примената и инсталацијата на HVI проводниците се дадени во овој Водич за заштита од гром или во соодветните упатства за инсталација.

Градење со надворешен систем за заштита од гром со недоволни растојанија за раздвојување (ситуација В)

Ако покривот е направен од метал или е формиран од самиот PV систем, растојанието за одвојување s не може да се одржи. Металните компоненти на системот за монтирање на PV мора да бидат поврзани со надворешниот систем за заштита од гром на таков начин што тие можат да носат струи од гром (бакарен проводник со пресек од најмалку 16 mm)² или еквивалентно). Ова значи дека еднакво потенцијалното поврзување на молња, исто така, мора да се спроведе за PV-линиите што влегуваат во зградата однадвор (Слика 17). Според Додатокот 5 на германскиот стандард DIN EN 62305-3 и CENELEC CLC / TS 50539-12 стандардот, DC-линиите мора да бидат заштитени со тип 1 СПД за PV системи.

За таа цел, се користи комбиниран апарат тип 1 и тип 2 FLP7-PV. Еквипотенцијалното сврзување на молња, исто така, мора да се спроведе во нисконапонскиот влез. Ако PV инверторот (и) се наоѓа на повеќе од 10 m од SPD тип 1 инсталиран на мрежната точка за поврзување, дополнителен SPD тип 1 мора да биде инсталиран на наизменичната страна на инверторот (и на пример) тип 1 + комбиниран аретер тип 2 FLP25GR). Исто така, мора да се инсталираат соодветни заштитни уреди за пренапони за да се заштитат релевантните линии на податоци за следење на приносот. Уреди за заштита од пренапони од серија FLD2 се користат за заштита на системи за податоци, на пример, засновани на RS 485.

PV системи со микроинвертори

Микроинвертерите бараат поинаков концепт за заштита од пренапони. За таа цел, линијата DC на модул или пар модули е директно поврзана со инверторот со мала големина. Во овој процес, непотребните јамки на проводникот мора да се избегнуваат. Индуктивната спојка во такви мали структури на еднонасочна струја обично има само мал енергетски потенцијал за уништување. Обемната кабелска мрежа на ФВ систем со микроинвертори се наоѓа на страната на наизменична струја (Слика 18). Ако микроинверторот е директно вграден во модулот, уредите за заштита од пренапони може да се инсталираат само на страната на наизменична струја:

- Згради без надворешен систем за заштита од молња = тип 2 SLP40-275 арети за наизменична / трифазна струја во непосредна близина на микроинверторите и SLP40-275 при нисконапонски влез.

- Згради со надворешен систем за заштита од гром и доволно растојание за раздвојување s = арети од типот 2, на пример, SLP40-275, во непосредна близина на микроинвертерите и апарати за вршење на гром од типот 1 на нисконапонскиот влез, на пример, FLP25GR.

- Згради со надворешен систем за заштита од гром и недоволно растојание за раздвојување s = арети од типот 1, на пример, SLP40-275, во непосредна близина на микроинвертерите и молскавичните струи што носат апарати од типот 1 FLP25GR на нисконапонскиот влез.

Независни од одредени производители, микроинвертерите имаат системи за следење на податоците. Ако податоците се модулираат на наизменичните линии преку микроинвертерите, мора да се обезбеди уред за заштита од пренапони на одделните единици за примање (извоз на податоци / обработка на податоци). Истото важи и за интерфејсни врски со системи на низводно шини и нивно напојување (на пр. Етернет, ISDN).

Системите за производство на соларна енергија се составен дел на денешните електрични системи. Тие треба да бидат опремени со соодветна струја на молња и пренапони, со што се обезбедува долгорочно безгрешно работење на овие извори на електрична енергија.