Overspanningsbeveiliging voor fotovoltaïsche systemen

Fotovoltaïsche (PV) installaties voor het exploiteren van hernieuwbare energie lopen een groot risico op bliksemontladingen vanwege hun blootgestelde locatie en grote oppervlakte.

Schade aan afzonderlijke segmenten of het uitvallen van de gehele installatie kan het gevolg zijn.

Bliksemstromen en overspanningen veroorzaken vaak schade aan omvormers en fotovoltaïsche modules. Deze schade betekent meer kosten voor de exploitant van de fotovoltaïsche installatie. Niet alleen zijn er hogere reparatiekosten, maar de productiviteit van de faciliteit wordt ook aanzienlijk verminderd. Daarom moet een fotovoltaïsche installatie altijd worden geïntegreerd in de bestaande bliksembeveiliging en aardingsstrategie.

Om deze uitval te voorkomen, moeten de gebruikte bliksem- en overspanningsbeveiligingsstrategieën met elkaar samenwerken. Wij bieden u de ondersteuning die u nodig heeft, zodat uw faciliteit soepel functioneert en het verwachte rendement oplevert! Daarom moet u uw fotovoltaïsche installatie van verlichting en overspanningsbeveiliging beveiligen tegen LSP:

• Ter bescherming van uw gebouw en PV-installatie
• Om de systeembeschikbaarheid te vergroten
• Om uw investering veilig te stellen

Normen en vereisten

Bij het ontwerp en de installatie van elk fotovoltaïsch systeem moet altijd rekening worden gehouden met de huidige normen en richtlijnen voor overspanningsbeveiliging.

De Europese conceptnorm DIN VDE 0100 deel 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (montage van laagspanningssystemen, vereisten voor speciale apparatuur en faciliteiten; fotovoltaïsche energiesystemen) en de internationale installatiespecificaties voor PV-installaties - IEC 60364-7- 712 - beide beschrijven de selectie en installatie van overspanningsbeveiliging voor PV-installaties. Ze bevelen ook overspanningsbeveiligingen tussen de PV-generatoren aan. In de publicatie over overspanningsbeveiliging voor gebouwen met een fotovoltaïsche installatie uit 2010 eist de Vereniging van Duitse Vastgoedverzekeraars (VdS)> 10 kW bliksem- en overspanningsbeveiliging volgens bliksembeveiligingsklasse III.

Om ervoor te zorgen dat uw installatie toekomstbestendig is, behoeven onze componenten uiteraard volledig aan alle eisen te voldoen.

Bovendien is een Europese norm voor overspanningsbeveiligingscomponenten in voorbereiding. Deze norm zal specificeren in hoeverre overspanningsbeveiliging moet worden ontworpen in de DC-zijde van PV-systemen. Deze norm is momenteel prEN 50539-11.

Een vergelijkbare standaard is momenteel al van kracht in Frankrijk: de UTE C 61-740-51. De producten van LSP worden momenteel getest op naleving van beide normen, zodat ze een nog hoger veiligheidsniveau kunnen bieden.

Onze overspanningsbeveiligingsmodules in Klasse I en Klasse II (B- en C-afleiders) zorgen ervoor dat het optreden van spanningen snel wordt beperkt en dat de stroom veilig wordt ontladen. Zo vermijdt u dure schade of de mogelijkheid van volledige stroomuitval in uw fotovoltaïsche installatie.

Voor gebouwen met of zonder lichtbeveiligingssystemen - voor elke toepassing hebben wij het juiste product! Wij kunnen de modules leveren zoals u dat wenst - volledig op maat gemaakt en voorbedraad in behuizingen.

Inzet overspanningsbeveiligingsapparatuur (SPD's) in fotovoltaïsche systemen

Fotovoltaïsche energie is een essentieel onderdeel van de totale energieproductie uit hernieuwbare energiebronnen. Er zijn een aantal speciale kenmerken waarmee rekening moet worden gehouden bij het gebruik van overspanningsbeveiligingsapparatuur (SPD's) in fotovoltaïsche systemen. Fotovoltaïsche systemen hebben een gelijkspanningsbron met specifieke kenmerken. Het systeemconcept moet daarom rekening houden met deze specifieke kenmerken en het gebruik van EPD's dienovereenkomstig coördineren. SPD-specificaties voor PV-systemen moeten bijvoorbeeld worden ontworpen voor zowel een maximale nullastspanning van de zonnegenerator (V._OC STC = spanning van het onbelaste circuit onder standaard testcondities) en met het oog op maximale systeembeschikbaarheid en veiligheid.

Externe bliksembeveiliging

Vanwege hun grote oppervlak en algemeen blootgestelde installatielocatie, hebben fotovoltaïsche systemen een bijzonder risico door atmosferische ontladingen - zoals blikseminslag. Op dit punt is het nodig om onderscheid te maken tussen de effecten van directe blikseminslagen en zogenaamde indirecte (inductieve en capacitieve) inslagen. Enerzijds hangt de noodzaak voor bliksembeveiliging af van de normatieve specificaties van de relevante normen en enerzijds wordt de noodzaak voor bliksembeveiliging besteed aan de normatieve specificaties van de relevante normen. Aan de andere kant hangt het af van de applicatie zelf, met andere woorden, afhankelijk van of het een gebouw of een veldinstallatie is. Bij gebouwinstallaties wordt onderscheid gemaakt tussen de installatie van een PV-generator op het dak van een openbaar gebouw - met een bestaande bliksembeveiligingsinstallatie - en de installatie op het dak van een schuur - zonder bliksembeveiligingsinstallatie. Veldinstallaties bieden ook grote potentiële doelen vanwege hun grote module-arrays; in dit geval wordt voor dit type systeem een ​​externe bliksembeveiligingsoplossing aanbevolen om directe blikseminslagen te voorkomen.

Normatieve verwijzingen zijn te vinden in IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), supplement 2 (interpretatie volgens bliksembeveiligingsniveau of risiconiveau LPL III) [2] en supplement 5 (bliksem- en overspanningsbeveiliging voor PV-voedingssystemen) en in de VdS-richtlijn 2010 [3] (als PV-systemen> 10 kW, is bliksembeveiliging vereist). Bovendien zijn overspanningsbeveiligingsmaatregelen vereist. Om de PV-generator te beschermen, moet bijvoorbeeld de voorkeur worden gegeven aan afzonderlijke luchtbeëindigingssystemen. Als het echter niet mogelijk is om een ​​directe verbinding met de PV-generator te vermijden, met andere woorden, de veilige scheidingsafstand kan niet worden gehandhaafd, dan moet rekening worden gehouden met de effecten van gedeeltelijke bliksemstromen. In principe moeten afgeschermde kabels worden gebruikt voor de hoofdlijnen van generatoren om geïnduceerde overspanningen zo laag mogelijk te houden. Bovendien kan bij voldoende doorsnede (min. 16 mm² Cu) de kabelafscherming worden gebruikt voor het geleiden van gedeeltelijke bliksemstromen. Hetzelfde geldt voor het gebruik van gesloten metalen behuizingen. Aarding moet worden aangesloten aan beide uiteinden van kabels en metalen behuizingen. Dat zorgt ervoor dat de hoofdlijnen van de generator onder LPZ1 (Lightning Protection Zone) vallen; dat betekent dat een SPD type 2 volstaat. Anders zou een SPD-type 1 vereist zijn.

Het gebruik en de juiste specificatie van overspanningsbeveiligingsmodulen

In het algemeen is het mogelijk om de inzet en specificatie van SPD's in laagspanningssystemen aan de AC-zijde als een standaardprocedure te beschouwen; De inzet en de juiste ontwerpspecificatie voor PV-DC-generatoren blijven echter nog steeds een uitdaging. De reden is ten eerste dat een zonnegenerator zijn eigen speciale kenmerken heeft en ten tweede worden SPD's ingezet in het DC-circuit. Conventionele SPD's zijn typisch ontwikkeld voor wisselspanning en niet voor gelijkspanningssystemen. Relevante productnormen [4] dekken deze toepassingen al jaren af, en deze kunnen in principe ook worden toegepast op gelijkspanningstoepassingen. Waar voorheen relatief lage PV-systeemspanningen werden gerealiseerd, bereiken deze nu al ca. 1000 V DC in het onbelaste PV-circuit. De taak is om de systeemspanningen in die volgorde te beheersen met geschikte overspanningsbeveiligingsmodulen. De posities waarop het technisch passend en praktisch is om SPD's in een PV-systeem te plaatsen, hangt voornamelijk af van het type systeem, het systeemconcept en het fysieke oppervlak. De figuren 2 en 3 illustreren de belangrijkste verschillen: Ten eerste een gebouw met externe bliksembeveiliging en een PV-systeem op het dak (gebouwinstallatie); ten tweede een uitgebreid zonne-energiesysteem (veldinstallatie), eveneens voorzien van een extern bliksembeveiligingssysteem. In eerste instantie wordt - vanwege de kortere kabellengtes - bescherming alleen geïmplementeerd op de DC-ingang van de omvormer; in het tweede geval worden SPD's geïnstalleerd in de klemmenkast van de zonnegenerator (ter bescherming van de zonnepanelen) en op de DC-ingang van de omvormer (om de omvormer te beschermen). SPD's moeten dicht bij de PV-generator en dicht bij de omvormer worden geïnstalleerd zodra de vereiste kabellengte tussen de PV-generator en de omvormer meer dan 10 meter bedraagt ​​(Afbeelding 2). De standaardoplossing ter bescherming van de AC-zijde, d.w.z. de omvormeruitgang en netvoeding, moet dan worden bereikt door gebruik te maken van type 2 SPD's geïnstalleerd op de omvormeruitgang en - in het geval van een gebouwinstallatie met externe bliksembeveiliging op de netvoeding point - uitgerust met een SPD type 1 overspanningsafleider.

Om ervoor te zorgen dat SPD's zulke hoge systeemspanningen aankunnen, is de sterverbinding, bestaande uit drie varistoren, betrouwbaar gebleken en een quasi-standaard geworden (Figuur 4). Als er een isolatiefout optreedt, blijven er nog twee varistoren in de serie over, wat effectief voorkomt dat de SPD overbelast raakt.

Samenvattend: er is een beveiligingscircuit met absoluut nul lekstroom aanwezig en een onbedoelde activering van het ontkoppelingsmechanisme wordt voorkomen. In het hierboven beschreven scenario wordt ook de uitbreiding van brand effectief voorkomen. En tegelijkertijd wordt ook elke invloed van een isolatiebewakingsapparaat vermeden. Dus mocht er een isolatiestoring optreden, dan zijn er altijd nog twee varistoren in de serie beschikbaar. Op deze manier wordt voldaan aan de eis dat aardfouten altijd moeten worden voorkomen. LSP's SPD type 2 afleider SLP40-PV1000 / 3, U_CPV = 1000Vdc biedt een goed geteste, praktische oplossing en is getest op naleving van alle huidige normen (UTE C 61-740-51 en prEN 50539-11) (Figuur 4). Op deze manier bieden we de hoogste mate van veiligheid die beschikbaar is voor gebruik in DC-circuits.

Praktijk

Zoals gezegd wordt in praktische oplossingen een onderscheid gemaakt tussen gebouw- en veldinstallaties. Als een externe bliksembeveiligingsoplossing is geïnstalleerd, moet de PV-generator bij voorkeur in dit systeem worden geïntegreerd als een geïsoleerd afleidersysteem. IEC 62305-3 specificeert dat de luchtafsluitingsafstand moet worden aangehouden. Als het niet kan worden gehandhaafd, moet rekening worden gehouden met de effecten van gedeeltelijke bliksemstromen. Op dit punt, de norm voor bescherming tegen blikseminslag IEC 62305-3 supplementen 2 staten in paragraaf 17.3: 'om geïnduceerde overspanningen te verminderen moeten afgeschermde kabels worden gebruikt voor de hoofdlijnen van de generator'. Bij voldoende doorsnede (min. 16 mm² Cu) kan de kabelafscherming ook gebruikt worden voor het geleiden van gedeeltelijke bliksemstromen. Supplement (Figuur 5) - Bescherming tegen blikseminslag voor fotovoltaïsche systemen - uitgegeven door de ABB (Commissie voor Bliksembeveiliging en Bliksemonderzoek van de (Duitse) Vereniging voor Elektrische, Elektronische en Informatietechnologieën) stelt dat de hoofdleidingen voor de generatoren moeten worden afgeschermd . Dit betekent dat bliksemstroomafleiders (SPD type 1) niet nodig zijn, hoewel overspanningsafleiders (SPD type 2) aan beide zijden wel nodig zijn. Zoals figuur 5 illustreert, biedt een afgeschermde hoofdgeneratorlijn een praktische oplossing en bereikt deze de LPZ 1-status tijdens het proces. Op deze manier worden SPD type 2 overspanningsafleiders ingezet in overeenstemming met de standaardspecificaties.

Pasklare oplossingen

Om ervoor te zorgen dat de installatie ter plaatse zo eenvoudig mogelijk is, biedt LSP pasklare oplossingen om de DC- en AC-zijde van omvormers te beschermen. Plug-and-play PV-boxen verkorten de installatietijd. Op uw verzoek verzorgt LSP ook klantspecifieke montages. Meer informatie is beschikbaar op www.lsp-international.com

Opmerking:

Landspecifieke normen en richtlijnen moeten in acht worden genomen

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) deel 712: 2006-06, Eisen voor speciale installaties of locaties. Fotovoltaïsche (PV) voedingssystemen op zonne-energie

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Bliksembeveiliging, deel 3: Bescherming van faciliteiten en mensen, supplement 2, de interpretatie volgens beschermingsklasse of risiconiveau III LPL, supplement 5, bliksem en overspanningsbeveiliging voor PV-voedingssystemen

[3] VdS-richtlijn 2010: 2005-07 Risicogerichte bliksem- en overspanningsbeveiliging; Richtlijnen verliespreventie, VdS Schadenverhütung Verlag (uitgevers)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Laagspanningsbeveiligingsmodulen - Deel 11: overspanningsbeveiligingsmodulen voor gebruik in laagspanningsnetwerken - eisen en tests

[5] IEC 62305-3 Bescherming tegen bliksem - Deel 3: Fysieke schade aan constructies en levensgevaar

[6] IEC 62305-4 Bescherming tegen blikseminslag - Deel 4: Elektrische en elektronische systemen binnen constructies

[7] prEN 50539-11 Laagspannings-overspanningsbeveiligingsapparaten - Overspanningsbeveiligingsapparaten voor specifieke toepassingen, inclusief gelijkstroom - Deel 11: Eisen en tests voor SPD's in fotovoltaïsche toepassingen

[8] Franse productnorm voor overspanningsbeveiliging in het DC-gebied UTE C 61-740-51