Ochrona przed przepięciami do systemów fotowoltaicznych

Obiekty fotowoltaiczne (PV) wykorzystujące energię odnawialną są narażone na duże ryzyko wyładowań atmosferycznych ze względu na ich odsłonięte położenie i dużą powierzchnię.

Konsekwencją może być uszkodzenie poszczególnych segmentów lub awaria całej instalacji.

Prądy piorunowe i przepięcia często powodują uszkodzenia falowników i modułów fotowoltaicznych. Szkody te oznaczają większe koszty dla operatora obiektu fotowoltaicznego. Nie tylko są wyższe koszty napraw, ale również wydajność zakładu jest znacznie zmniejszona. Dlatego obiekt fotowoltaiczny powinien być zawsze zintegrowany z istniejącą strategią ochrony odgromowej i uziemienia.

Aby uniknąć tych przestojów, stosowane strategie ochrony odgromowej i przepięciowej muszą ze sobą współdziałać. Zapewniamy wsparcie, którego potrzebujesz, aby Twój obiekt działał sprawnie i zapewniał oczekiwany zysk! Dlatego warto zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną oświetlenia oraz ochronę przeciwprzepięciową z LSP:

• Aby chronić Twój budynek i instalację PV
• Aby zwiększyć dostępność systemu
• Aby zabezpieczyć Twoją inwestycję

Normy i wymagania

Podczas projektowania i instalacji każdego systemu fotowoltaicznego należy zawsze uwzględniać aktualne normy i dyrektywy dotyczące ochrony przeciwprzepięciowej.

Europejski projekt normy DIN VDE 0100 część 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Budowa systemów niskonapięciowych, wymagania dotyczące specjalnego wyposażenia i obiektów; systemy fotowoltaiczne) oraz międzynarodowe specyfikacje instalacji dla instalacji fotowoltaicznych - IEC 60364-7- 712 - oba opisują dobór i instalację ochrony przeciwprzepięciowej dla obiektów PV. Zalecają również urządzenia przeciwprzepięciowe między generatorami PV. W swojej publikacji z 2010 r. Dotyczącej ochrony przeciwprzepięciowej budynków z instalacją PV, Stowarzyszenie Niemieckich Ubezpieczycieli Majątkowych (VdS) wymaga ochrony odgromowej i przepięciowej> 10 kW zgodnie z III klasą ochrony odgromowej.

Aby Twoja instalacja była przyszłościowa, oczywiste jest, że nasze komponenty w pełni spełniają wszystkie wymagania.

Ponadto w przygotowaniu jest europejska norma dotycząca komponentów ochrony przed przepięciami. Norma ta określa, w jakim stopniu ochrona przeciwprzepięciowa musi być zaprojektowana po stronie DC systemów PV. Ten standard jest obecnie prEN 50539-11.

Podobny standard obowiązuje już obecnie we Francji - UTE C 61-740-51. Produkty LSP są obecnie testowane pod kątem zgodności z oboma normami, aby zapewnić jeszcze wyższy poziom bezpieczeństwa.

Nasze moduły ochrony przed przepięciami w klasie I i II (ograniczniki B i C) zapewniają szybkie ograniczenie występowania napięć i bezpieczne odprowadzanie prądu. Pozwala to uniknąć kosztownych uszkodzeń lub potencjalnej całkowitej awarii zasilania w Twoim obiekcie fotowoltaicznym.

Do budynków z systemami ochrony odgromowej lub bez - mamy odpowiedni produkt do każdego zastosowania! Możemy dostarczyć moduły zgodnie z wymaganiami - w pełni dostosowane i wstępnie okablowane w obudowach.

Wdrażanie ograniczników przepięć (SPD) w systemach fotowoltaicznych

Energia fotowoltaiczna jest istotnym składnikiem ogólnej produkcji energii z odnawialnych źródeł energii. Istnieje wiele specjalnych cech, które należy wziąć pod uwagę przy wdrażaniu urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej (SPD) w systemach fotowoltaicznych. Systemy fotowoltaiczne posiadają źródło napięcia stałego o określonych właściwościach. Dlatego koncepcja systemu musi uwzględniać te specyficzne cechy i odpowiednio koordynować użycie SPD. Na przykład specyfikacje SPD dla systemów PV muszą być zaprojektowane zarówno dla maksymalnego napięcia bez obciążenia generatora słonecznego (V_OC STC = napięcie nieobciążonego obwodu w standardowych warunkach testowych), jak również w celu zapewnienia maksymalnej dostępności i bezpieczeństwa systemu.

Zewnętrzna ochrona odgromowa

Ze względu na dużą powierzchnię i ogólnie odsłonięte miejsce instalacji, systemy fotowoltaiczne są szczególnie narażone na wyładowania atmosferyczne - takie jak wyładowania atmosferyczne. W tym miejscu zachodzi potrzeba rozróżnienia skutków uderzeń bezpośrednich i tzw. Uderzeń pośrednich (indukcyjnych i pojemnościowych). Z jednej strony konieczność ochrony odgromowej zależy od normatywnych specyfikacji odpowiednich norm, az jednej strony konieczność ochrony odgromowej zależy od normatywnych specyfikacji odpowiednich norm. Z drugiej strony zależy to od samej aplikacji, czyli od tego, czy jest to budynek, czy instalacja terenowa. W przypadku instalacji budowlanych rozróżnia się między instalacją generatora PV na dachu budynku użyteczności publicznej - z istniejącą instalacją odgromową - a instalacją na dachu stodoły - bez instalacji odgromowej. Instalacje polowe oferują również duże potencjalne cele dzięki macierzom modułów o dużej powierzchni; w takim przypadku zaleca się zewnętrzne zabezpieczenie odgromowe dla tego typu systemu, aby zapobiec bezpośredniemu uderzeniu pioruna.

Odniesienia do norm można znaleźć w IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), Suplemencie 2 (interpretacja według poziomu ochrony odgromowej lub poziomu ryzyka LPL III) [2] i Suplemencie 5 (ochrona odgromowa i przepięciowa dla systemów fotowoltaicznych) oraz w dyrektywie VdS 2010 [3] (jeżeli systemy PV> 10 kW, wymagana jest ochrona odgromowa). Ponadto wymagane są środki ochrony przed przepięciami. Na przykład należy preferować oddzielne systemy zwodów w celu ochrony generatora fotowoltaicznego. Jeśli jednak nie jest możliwe uniknięcie bezpośredniego podłączenia do generatora fotowoltaicznego, innymi słowy, nie można zachować bezpiecznej odległości separacyjnej, należy wziąć pod uwagę skutki częściowych prądów piorunowych. Zasadniczo w głównych liniach generatorów należy stosować kable ekranowane, aby utrzymać indukowane przepięcia na jak najniższym poziomie. Ponadto, jeśli przekrój jest wystarczający (min. 16 mm² Cu), ekranowanie kabla można wykorzystać do przewodzenia częściowych prądów piorunowych. To samo dotyczy stosowania zamkniętych obudów metalowych. Uziemienie musi być podłączone na obu końcach kabli i metalowych obudowach. Zapewnia to, że główne linie generatora podlegają LPZ1 (strefa ochrony odgromowej); oznacza to, że wystarczy SPD typu 2. W przeciwnym razie wymagany byłby SPD typu 1.

Użytkowanie i poprawna specyfikacja ograniczników przepięć

Ogólnie rzecz biorąc, możliwe jest rozważenie rozmieszczenia i specyfikacji SPD w systemach niskiego napięcia po stronie prądu przemiennego jako standardowej procedury; Jednak wdrożenie i właściwa specyfikacja projektowa generatorów PV DC nadal pozostaje wyzwaniem. Powodem jest to, że po pierwsze generator słoneczny ma swoje własne, specjalne właściwości, a po drugie SPD są rozmieszczone w obwodzie prądu stałego. Konwencjonalne SPD są zwykle opracowywane dla napięć przemiennych, a nie systemów napięcia stałego. Odpowiednie normy produktowe [4] obejmują te aplikacje od lat, które zasadniczo mogą być również stosowane w zastosowaniach z napięciem stałym. Jednak o ile wcześniej realizowano stosunkowo niskie napięcia w systemie fotowoltaicznym, dziś osiągają one już ok. 1000 V DC w nieobciążonym obwodzie PV. Zadaniem jest opanowanie napięć systemowych w tej kolejności za pomocą odpowiednich urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej. Pozycje, w których umieszczenie SPD w systemie PV jest technicznie właściwe i praktyczne, zależy przede wszystkim od typu systemu, koncepcji systemu i powierzchni fizycznej. Rysunki 2 i 3 ilustrują podstawowe różnice: Po pierwsze, budynek z zewnętrzną ochroną odgromową i systemem PV zamontowanym na dachu (instalacja budynku); po drugie, ekspansywny system solarny (instalacja polowa), również wyposażony w zewnętrzną instalację odgromową. W pierwszym przypadku - ze względu na krótsze długości kabli - zabezpieczenie jest realizowane tylko na wejściu DC falownika; w drugim przypadku SPD są instalowane w skrzynce zaciskowej generatora słonecznego (w celu ochrony modułów słonecznych), a także na wejściu DC falownika (w celu ochrony falownika). Urządzenia SPD należy instalować w pobliżu generatora fotowoltaicznego, a także blisko falownika, gdy tylko długość kabla między generatorem PV a falownikiem przekroczy 10 metrów (rysunek 2). Standardowe rozwiązanie ochrony strony prądu przemiennego, czyli wyjścia falownika i zasilania sieciowego, musi być wówczas osiągnięte poprzez zastosowanie SPD typu 2 zainstalowanych na wyjściu falownika oraz - w przypadku instalacji budynku z zewnętrzną ochroną odgromową na zasilaniu sieciowym punktowe - wyposażone w ogranicznik przepięć SPD typu 1.

Aby zapewnić, że SPD są w stanie sprostać tak wysokim napięciom systemowym, połączenie w gwiazdę składające się z trzech warystorów okazało się niezawodne i stało się quasi-standardem (rysunek 4). W przypadku uszkodzenia izolacji nadal pozostają dwa warystory szeregowe, co skutecznie zapobiega przeciążeniu SPD.

Podsumowując: zastosowano obwód ochronny z absolutnie zerowym prądem upływowym i zapobiega się przypadkowemu uruchomieniu mechanizmu rozłączającego. W opisanym powyżej scenariuszu skutecznie zapobiega się również rozprzestrzenianiu się ognia. Jednocześnie unika się również jakiegokolwiek wpływu urządzenia monitorującego izolację. Jeśli więc wystąpi awaria izolacji, w serii nadal dostępne są dwa warystory. W ten sposób wymóg, zgodnie z którym należy zawsze zapobiegać zwarciom doziemnym, jest spełniony. Ogranicznik SPD typu 2 firmy LSP SLP40-PV1000 / 3, U_CPV = 1000 V DC zapewnia dobrze przetestowane, praktyczne rozwiązanie i zostało przetestowane pod kątem zgodności ze wszystkimi obowiązującymi normami (UTE C 61-740-51 i prEN 50539-11) (Rysunek 4). W ten sposób oferujemy najwyższy stopień bezpieczeństwa, jaki można zastosować w obwodach prądu stałego.

Praktyczne zastosowania

Jak już wspomniano, w praktycznych rozwiązaniach rysuje się różnicę między instalacjami budowlanymi i polowymi. Jeśli zamontowane jest zewnętrzne rozwiązanie ochrony odgromowej, generator PV powinien być zintegrowany z tym systemem jako izolowany system ograniczników. Norma IEC 62305-3 określa, że ​​należy zachować odległość między zakończeniami powietrza. Jeśli nie można tego utrzymać, należy wziąć pod uwagę skutki częściowych prądów piorunowych. W tej kwestii norma dotycząca ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi IEC 62305-3 w uzupełnieniu 2 stwierdza w sekcji 17.3: „w celu zmniejszenia przepięć indukowanych na głównych liniach generatora należy stosować kable ekranowane”. Jeśli przekrój jest wystarczający (min. 16 mm² Cu), ekran kabla można również wykorzystać do przewodzenia częściowych prądów piorunowych. Suplement (Rysunek 5) - Ochrona przed wyładowaniami atmosferycznymi dla systemów fotowoltaicznych - wydany przez ABB (Komitet ds.Ochrony odgromowej i Badań odgromowych (Niemieckiego) Stowarzyszenia Technologii Elektrycznych, Elektronicznych i Informacyjnych) stanowi, że główne linie generatorów powinny być ekranowane . Oznacza to, że odgromniki (SPD typ 1) nie są wymagane, chociaż ograniczniki przepięć (SPD typ 2) są konieczne po obu stronach. Jak pokazano na rysunku 5, ekranowana linia generatora głównego stanowi praktyczne rozwiązanie i osiąga w procesie stan LPZ 1. W ten sposób ograniczniki przepięć SPD typu 2 są stosowane zgodnie ze specyfikacjami norm.

Gotowe rozwiązania

Aby instalacja na miejscu była tak prosta, jak to tylko możliwe, firma LSP oferuje gotowe rozwiązania do ochrony stron DC i AC falowników. Skrzynki fotowoltaiczne typu plug-and-play skracają czas instalacji. LSP wykona również montaże na życzenie klienta. Więcej informacji można znaleźć na stronie www.lsp-international.com

Uwaga:

Należy przestrzegać norm i wytycznych obowiązujących w danym kraju

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) część 712: 2006-06, Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Systemy zasilania energią słoneczną (PV)

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Ochrona odgromowa, Część 3: Ochrona obiektów i ludzi, dodatek 2, interpretacja według klasy ochrony lub poziomu ryzyka III LPL, suplement 5, odgrom i ochrona przeciwprzepięciowa dla systemów PV

[3] Dyrektywa VdS 2010: 2005-07 Zorientowana na ryzyko ochrona odgromowa i przepięciowa; Wytyczne dotyczące zapobiegania stratom, VdS Schadenverhütung Verlag (wydawcy)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Ograniczniki przepięć niskiego napięcia - Część 11: Ograniczniki przepięć do stosowania w systemach niskonapięciowych - Wymagania i testy

[5] IEC 62305-3 Ochrona przed wyładowaniami atmosferycznymi - Część 3: Fizyczne uszkodzenie konstrukcji i zagrożenie życia

[6] IEC 62305-4 Ochrona przed wyładowaniami atmosferycznymi - Część 4: Układy elektryczne i elektroniczne w konstrukcjach

[7] prEN 50539-11 Ograniczniki przepięć niskiego napięcia - Ograniczniki przepięć do określonych zastosowań, w tym DC - Część 11: Wymagania i badania dotyczące SPD w zastosowaniach fotowoltaicznych

[8] Francuska norma produktowa dotycząca ochrony przed przepięciami w obszarze DC UTE C 61-740-51