Prenapetostna zaščita za fotovoltaične sisteme

Fotovoltaični (PV) objekti za izkoriščanje obnovljive energije so zaradi izpostavljenosti strele v veliki nevarnosti zaradi svoje izpostavljene lokacije in velike površine.

Posledica je lahko poškodba posameznih segmentov ali okvara celotne instalacije.

Tok strele in prenapetostne napetosti pogosto povzročajo poškodbe pretvornikov in fotonapetostnih modulov. Ta škoda pomeni več stroškov za upravljavca fotovoltaičnega objekta. Ne samo, da so višji stroški popravil, ampak se tudi produktivnost objekta znatno zmanjša. Zato je treba fotonapetostni objekt vedno vključiti v obstoječo strategijo zaščite pred strelo in ozemljitvijo.

Da bi se izognili tem izpadom, morajo strategije strele in prenapetostne zaščite, ki se uporabljajo, medsebojno vplivati. Zagotavljamo vam potrebno podporo, da bo vaš objekt nemoteno deloval in prinašal pričakovani donos! Zato morate zaščititi svojo fotovoltaično namestitev razsvetljave in prenapetostne zaščite pred LSP:

  • Za zaščito vaše zgradbe in PV instalacije
  • Za povečanje razpoložljivosti sistema
  • Za zaščito vaše naložbe

Standardi in zahteve

Pri načrtovanju in namestitvi katerega koli fotovoltaičnega sistema je treba vedno upoštevati veljavne standarde in smernice za zaščito pred prenapetostjo.

Evropski osnutek standarda DIN VDE 0100 del 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Montaža nizkonapetostnih sistemov, zahteve za posebno opremo in objekte; fotovoltaični napajalni sistemi) in mednarodne specifikacije vgradnje za PV objekte - IEC 60364-7- 712 - oba opisujeta izbiro in namestitev prenapetostne zaščite za PV objekte. Priporočajo tudi naprave za zaščito pred prenapetostjo med PV generatorji. V svoji publikaciji o prenapetostni zaščiti stavb s PV instalacijo iz leta 2010 Združenje nemških zavarovalnic (VdS) zahteva> 10 kW zaščito pred strelo in prenapetostjo v skladu s III razredom zaščite pred strelo.

Da bi zagotovili, da je vaša namestitev varna v prihodnosti, je samoumevno, da naše komponente v celoti izpolnjujejo vse zahteve.

Poleg tega je v pripravi evropski standard za komponente prenapetostne napetosti. Ta standard bo določil, v kolikšni meri mora biti zaščita pred prenapetostno napetostjo zasnovana na enosmerni strani PV sistemov. Ta standard je trenutno prEN 50539-11.

Podoben standard trenutno že velja v Franciji - UTE C 61-740-51. Izdelki LSP trenutno preizkušajo skladnost z obema standardoma, da lahko zagotovijo še višjo raven varnosti.

Naši moduli za zaščito pred prenapetostnimi razredi razreda I in razreda II (odvodniki B in C) zagotavljajo hitro omejevanje napetosti in varno praznjenje toka. To vam omogoča, da se izognete dragim poškodbam ali možnosti popolnega izpada električne energije v vašem fotovoltaičnem objektu.

Za stavbe z ali brez sistemov za zaščito pred razsvetljavo - imamo pravi izdelek za vsako uporabo! Module lahko dostavimo po vaši želji - popolnoma prilagojeni in vnaprej ožičeni v ohišja.

Uvajanje naprav za zaščito pred prenapetostjo (SPD) v fotovoltaičnih sistemih

Fotovoltaična energija je bistvena sestavina celotne proizvodnje energije iz obnovljivih virov energije. Obstajajo številne posebne značilnosti, ki jih je treba upoštevati pri uporabi prenapetostnih zaščitnih naprav (SPD) v fotovoltaičnih sistemih. Fotovoltaični sistemi imajo enosmerni vir napetosti s posebnimi značilnostmi. Koncept sistema mora zato upoštevati te posebne značilnosti in ustrezno usklajevati uporabo SPD. Na primer, specifikacije SPD za PV sisteme morajo biti zasnovane tako za največjo napetost prostega teka sončnega generatorja (VOC STC = napetost neobremenjenega vezja v standardnih preskusnih pogojih), pa tudi glede zagotavljanja največje razpoložljivosti in varnosti sistema.

Zunanja zaščita pred strelo

Zaradi svoje velike površine in splošno izpostavljenega mesta namestitve fotovoltaični sistemi še posebej tvegajo atmosferske razelektritve - na primer strele. Na tej točki je treba razlikovati med učinki neposrednih udarcev strele in tako imenovanimi posrednimi (induktivnimi in kapacitivnimi) udarci. Po eni strani je potreba po zaščiti pred strelo odvisna od normativnih specifikacij ustreznih standardov, po eni strani pa se potreba po zaščiti pred strelo porabi za normativne specifikacije ustreznih standardov. Po drugi strani pa je odvisno od same aplikacije, z drugimi besedami odvisno od tega, ali gre za stavbo ali terensko namestitev. Pri gradbenih inštalacijah se pokaže razlika med vgradnjo PV generatorja na streho javne stavbe - z obstoječim sistemom za zaščito pred strelo - in vgradnjo na streho hleva - brez sistema za zaščito pred strelo. Terenske naprave ponujajo tudi velike potencialne cilje zaradi velikih modulov modulov; v tem primeru je za to vrsto sistema priporočljiva zunanja rešitev za zaščito pred strelo, ki preprečuje neposredne udarce razsvetljave.

Normativne reference najdete v IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), dodatku 2 (razlaga glede na stopnjo zaščite pred strelo ali stopnjo tveganja LPL III) [2] in dodatku 5 (zaščita pred strelo in prenapetostjo za PV sisteme) in v direktivi VdS 2010 [3] (če so PV sistemi> 10 kW, je potrebna zaščita pred strelo). Poleg tega so potrebni ukrepi za zaščito pred prenapetostjo. Na primer, prednost je treba dati ločenim sistemom zaključevanja zraka za zaščito PV generatorja. Če pa se neposredni povezavi z PV-generatorjem ni mogoče izogniti, z drugimi besedami, varne ločevalne razdalje ni mogoče ohraniti, je treba upoštevati učinke delnih tokov strele. V bistvu je treba za glavne vodnike generatorjev uporabljati oklopljene kable, da bodo inducirane prenapetosti čim nižje. Če je presek zadosten (najmanj 16 mm² Cu), se kabelska zaščita lahko uporablja za vodenje delnih tokov strele. Enako velja za uporabo zaprtih kovinskih ohišij. Ozemljitev mora biti povezana na obeh koncih kablov in kovinskih ohišij. To zagotavlja, da glavne linije generatorja spadajo pod LPZ1 (območje zaščite pred strelo); to pomeni, da zadostuje SPD tipa 2. V nasprotnem primeru bi bil potreben SPD tipa 1.

Uporaba in pravilna specifikacija prenapetostnih naprav

Na splošno je mogoče vgradnjo in specifikacijo SPD v nizkonapetostnih sistemih na AC strani obravnavati kot standardni postopek; vendar uvedba in pravilna projektna specifikacija za PV enosmerne generatorje še vedno ostaja izziv. Razlog je prvič, da ima solarni generator svoje posebne značilnosti, drugič pa so v enosmernem tokokrogu nameščeni SPD. Konvencionalni SPD so običajno razviti za sisteme z izmenično napetostjo in ne z enosmerno napetostjo. Ustrezni standardi za izdelke [4] že več let zajemajo te aplikacije in se lahko v osnovi uporabljajo tudi za enosmerne napetostne aplikacije. Čeprav so bile prej realizirane razmeroma nizke napetosti PV sistema, danes te že dosegajo cca. 1000 V DC v neobremenjenem PV vezju. Naloga je obvladovanje napetosti sistema v tem vrstnem redu z ustreznimi napravami za prenapetostno zaščito. Položaji, na katerih je tehnično primerno in praktično postaviti SPD v PV sistem, so odvisni predvsem od vrste sistema, koncepta sistema in fizične površine. Slike 2 in 3 ponazarjajo glavne razlike: Prvič, stavba z zunanjo zaščito pred strelo in PV sistemom, nameščenim na strehi (vgradnja stavbe); drugič, obsežen sistem sončne energije (terenska instalacija), opremljen tudi z zunanjim sistemom za zaščito pred strelo. Najprej se - zaradi krajših dolžin kablov - zaščita izvede le na enosmernem vhodu pretvornika; v drugem primeru so SPD nameščeni v priključni omari solarnega generatorja (za zaščito solarnih modulov) in na enosmernem vhodu pretvornika (za zaščito pretvornika). SPD je treba namestiti tako blizu PV generatorja, kot tudi blizu pretvornika, takoj ko dolžina kabla med PV generatorjem in pretvornikom preseže 10 metrov (slika 2). Standardno rešitev za zaščito AC strani, kar pomeni izhod pretvornika in omrežno napajanje, je treba nato doseči z uporabo SPD tipa 2, nameščenimi na izhodu pretvornika, in - v primeru zgradbe z zunanjo zaščito pred strelo na omrežnem dovodu točka - opremljen z odvodnikom prenapetostne zaščite SPD tipa 1.

Posebne značilnosti na strani enosmernega sončnega generatorja

Doslej so zaščitni koncepti na enosmerni strani vedno uporabljali SPD za običajne izmenične omrežne napetosti, pri čemer sta bila L + in L- zaščitena na zemljo. To je pomenilo, da so bili SPD ocenjeni na najmanj 50 odstotkov največje napetosti brez obremenitve sončnega generatorja. Po določenih letih pa se lahko v PV generatorju pojavijo napake na izolaciji. Kot posledica te napake v PV sistemu se polna napetost PV generatorja nato prilepi na pol brez napake v SPD in povzroči preobremenitev. Če je obremenitev SPD na osnovi kovinsko-oksidnih varistorjev zaradi neprekinjene napetosti previsoka, lahko to povzroči njihovo uničenje ali sprožitev odklopne naprave. Zlasti pri PV sistemih z visokimi sistemskimi napetostmi ni mogoče popolnoma izključiti možnosti nastanka požara zaradi preklopnega loka, ki ne ugasne, ko se sproži odklopna naprava. Elementi za zaščito pred preobremenitvijo (varovalke), ki se uporabljajo pred tokom, niso rešitev za to verjetnost, saj je tok kratkega stika PV generatorja le nekoliko višji od toka nazivnega toka. Danes so PV sistemi s sistemsko napetostjo pribl. Vse pogosteje se vgradi 1000 V enosmernega toka, da bodo izgube energije čim nižje.

Slika 4 -Zaščitno vezje v obliki Y s tremi varistorji

Da bi zagotovili, da lahko SPD obvladujejo tako visoke sistemske napetosti, se je zvezda, sestavljena iz treh varistorjev, izkazala za zanesljivo in se uveljavila kot kvazi standard (slika 4). Če pride do izolacijske napake, še vedno ostaneta dva varistorja v seriji, kar učinkovito preprečuje preobremenitev SPD.

Če povzamemo: nameščeno je zaščitno vezje z popolnoma ničelnim tokom uhajanja in preprečeno nenamerno aktiviranje odklopnega mehanizma. V zgoraj opisanem scenariju je tudi učinkovito preprečeno širjenje ognja. Hkrati pa se izognemo tudi vplivom naprave za nadzor izolacije. Torej, če pride do okvare izolacije, sta vedno na voljo dva varistorja. Na ta način je izpolnjena zahteva, da je treba zemeljske napake vedno preprečevati. LSP-jev odvodnik SPD tipa 2 SLP40-PV1000 / 3, UCPV = 1000Vdc zagotavlja dobro preizkušeno, praktično rešitev in je bila preizkušena glede skladnosti z vsemi veljavnimi standardi (UTE C 61-740-51 in prEN 50539-11) (slika 4). Na ta način ponujamo najvišjo stopnjo varnosti, ki je na voljo za uporabo v enosmernih tokokrogih.

Praktične aplikacije

Kot že rečeno, se v praktičnih rešitvah razlikuje med gradbenimi in terenskimi instalacijami. Če je nameščena zunanja rešitev za zaščito pred strelo, je treba PV generator po možnosti vgraditi v ta sistem kot izoliran sistem odvodnikov. IEC 62305-3 določa, da je treba vzdrževati razdaljo odvoda zraka. Če je ni mogoče vzdrževati, je treba upoštevati učinke delnih tokov strele. Na tej točki standard za zaščito pred strelo IEC 62305-3 Dodatki 2 v oddelku 17.3 določa: „Za zmanjšanje induciranih prenapetosti je treba za glavne vodnike generatorja uporabljati zaščitene kable“. Če je presek zadosten (najmanj 16 mm² Cu), se kabelska zaščita lahko uporablja tudi za delne tokove strele. Dodatek (slika 5) - Zaščita pred strelo za fotonapetostne sisteme - izdal ABB (Odbor za zaščito pred strelo in raziskave strele (nemškega) združenja za električno, elektronsko in informacijsko tehnologijo) navaja, da morajo biti glavni vodi za generatorje zaščiteni . To pomeni, da odvodniki toka strele (SPD tip 1) niso potrebni, čeprav so odvodniki prenapetostne napetosti (SPD tip 2) potrebni na obeh straneh. Kot prikazuje slika 5, zaščitena glavna generatorska linija ponuja praktično rešitev in v procesu doseže status LPZ 1. Na ta način se odvodniki prenapetostnih naprav SPD tipa 2 uporabijo v skladu s standardi.

Pripravljene rešitve

Da bi zagotovili čim enostavnejšo namestitev na kraju samem, LSP ponuja pripravljene rešitve za zaščito enosmernih in izmeničnih strani pretvornikov. PV-škatle plug-and-play skrajšajo čas namestitve. LSP bo na vašo zahtevo izvedel tudi sestave, specifične za stranke. Več informacij je na voljo na www.lsp-international.com

Opomba:

Upoštevati je treba državne standarde in smernice

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) del 712: 2006-06, Zahteve za posebne napeljave ali lokacije. Sončni fotonapetostni (PV) napajalni sistemi

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Zaščita pred strelo, 3. del: Zaščita objektov in ljudi, dodatek 2, razlaga glede na zaščitni razred ali stopnjo tveganja III LPL, dodatek 5, strela in prenapetostna zaščita za PV napajalne sisteme

[3] Direktiva VdS 2010: 2005-07 V nevarnost usmerjena zaščita pred strelo in prenapetostjo; Smernice za preprečevanje izgube, VdS Schadenverhütung Verlag (založniki)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Nizkonapetostne prenapetostne zaščitne naprave - 11. del: Prenapetostne zaščitne naprave za uporabo v nizkonapetostnih elektroenergetskih sistemih - zahteve in preskusi

[5] IEC 62305-3 Zaščita pred strelo - 3. del: Fizične poškodbe konstrukcij in življenjska nevarnost

[6] IEC 62305-4 Zaščita pred strelo - 4. del: Električni in elektronski sistemi v konstrukcijah

[7] prEN 50539-11 Nizkonapetostne prenapetostne zaščitne naprave - Prenapetostne zaščitne naprave za posebno uporabo, vključno z enosmernim tokom - 11. del: Zahteve in preskusi za SPD v fotonapetostnih aplikacijah

[8] Francoski standard za zaščito pred prenapetostnimi vplivi na območju enosmernega toka UTE C 61-740-51

Modularna uporaba naših prenapetostnih komponent

Če je na stavbi že prisoten sistem za zaščito pred strelo, mora biti to na najvišji točki celotnega sistema. Vsi moduli in kabli fotovoltaične napeljave morajo biti nameščeni pod zračnimi zaključki. Upoštevati je treba razdaljo ločitve od najmanj 0.5 m do 1 m (odvisno od analize tveganja iz IEC 62305-2).

Zunanja zaščita pred strelo tipa I (AC stran) zahteva tudi vgradnjo odvodnika strele tipa I v električno napajanje stavbe. Če ni nobenega sistema za zaščito pred strelo, potem so za uporabo zadrževalniki tipa II (stran AC).