Dlaczego każda instalacja fotowoltaiczna powinna zawierać ogranicznik przepięć słonecznych?

Systemy fotowoltaiczne (PV) są narażone na przepięcia elektryczne, które mogą powodować kosztowne uszkodzenia i przerwy w dostawie prądu. W tym artykule wyjaśniono, dlaczego każda instalacja fotowoltaiczna potrzebuje ogranicznika przepięć słonecznych — urządzenia chroniącego krytyczny sprzęt przed przejściowymi przepięciami.

1. Co to jestOgranicznik przepięć słonecznych?

Ogranicznik przepięć, znany również jako urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD), to element elektryczny chroniący systemy przed przepięciami. Ograniczniki przepięć nie zatrzymują ani nie absorbują przepięć wywołanych wyładowaniami atmosferycznymi. Zamiast tego omijają lub rozładowują przepięcia, aby ograniczyć uszkodzenia sprzętu elektrycznego wewnątrz nieruchomości. Urządzenia te zapobiegają dalszemu przepływowi prądów wysokiego napięcia, kierując je do ziemi.

Kiedy przepięcie przechodzi przez przewodnik, ogranicznik przerywa jego izolację, dzięki czemu udar może dotrzeć do ziemi. Gdy poziom napięcia powróci do normy, izolacja między przewodnikiem a ziemią zostaje przywrócona. Następnie przepływ prądu w kierunku ziemi zatrzymuje się.

Ogranicznik przepięć solarnych to urządzenie SPD zaprojektowane specjalnie do instalacji fotowoltaicznych. Chroni układy fotowoltaiczne przed przepięciami przejściowymi i przepięciami trwałymi, spowodowanymi defektami przewodu lub awariami transformatorów.

Przejściowe przepięcia to tymczasowe skoki napięcia przekraczające wartość nominalną sieci dystrybucyjnej o ponad 10 procent, utrzymujące się przez kilka cykli. W przypadku trwałych przepięć poziom napięcia pozostaje stale wysoki.

Kompletny system ochrony odgromowej składa się z zwodów odgromowych (piorunochronów), przewodów odprowadzających, ochronników przeciwprzepięciowych, połączeń wyrównawczych i systemu uziemiającego. Jest to pierwsza linia obrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna.

2. Dlaczego systemy fotowoltaiczne potrzebują zabezpieczenia przeciwprzepięciowego?

Systemy fotowoltaiczne są podatne na przepięcia elektryczne, które mogą powodować kosztowne uszkodzenia sprzętu i skutkować chwilowymi przerwami w dostawie prądu. Przepięcia elektryczne mogą być spowodowane czynnikami zewnętrznymi, takimi jak uderzenia pioruna, awarie wewnętrzne lub wahania w sieci elektrycznej.

Narażenie fizyczne sprawia, że ​​układy słoneczne są podatne na zagrożenia

Panele słoneczne są zwykle instalowane na otwartych przestrzeniach, na dachach lub na dużych polach, gdzie mogą być narażone na warunki środowiskowe. Duże powierzchnie i odsłonięte umiejscowienie, np. na dachach lub na ziemi w otwartych przestrzeniach, sprawiają, że panele słoneczne są podatne na uderzenia pioruna, które mogą skrócić ich żywotność.

Nawet jeśli panel fotowoltaiczny nie zostanie bezpośrednio uderzony przez piorun, pobliskie wyładowania atmosferyczne mogą indukować niebezpieczne napięcia, które mogą uszkodzić najważniejsze komponenty. Kiedy piorun uderza w pobliskie konstrukcje, linie energetyczne lub w ziemię, powstałe pola elektromagnetyczne mogą indukować przejściowe napięcia w okablowaniu układu słonecznego. Te indukowane przepięcia mogą rozprzestrzeniać się po całej instalacji i uszkodzić sprzęt daleko od pierwotnego miejsca uderzenia.

Rozległe okablowanie tworzy ścieżki dla przepięć

Ponieważ systemy fotowoltaiczne często obejmują rozbudowane okablowanie prądu stałego i połączony ze sobą sprzęt elektryczny, zapewniają wiele dróg propagacji prądów udarowych. Ich rozległe sieci przewodów mogą pełnić rolę przewodników, wprowadzając do systemu napięcia przejściowe.

Zarówno strona DC, jak i AC wymagają ochrony

Jedną z unikalnych cech systemów fotowoltaicznych jest to, że działają one zarówno w obwodach elektrycznych prądu stałego, jak i przemiennego. Przepięcia mogą przedostawać się po obu stronach systemu. Skuteczne strategie ochrony przed przepięciami słonecznymi dotyczą zarówno obwodów prądu stałego, jak i prądu przemiennego, zapewniając kompleksowy zasięg.

Strona DC obejmuje: moduły słoneczne, okablowanie łańcuchowe, skrzynki połączeniowe, rozłączniki DC i wejścia falownika. Strona prądu przemiennego obejmuje: wyjścia falownika, urządzenia dystrybucyjne, transformatory, połączenia mediów i instalacje elektryczne obiektu.

Ochrona tylko jednej części systemu może narazić inny krytyczny sprzęt na uszkodzenie.

Ochrona przeciwprzepięciowa jest często pomijana

Wielu właścicieli systemów fotowoltaicznych koncentruje się na wydajności paneli, wyborze falownika i prognozach produkcji energii. Ochrona elektryczna jest często pomijana aż do wystąpienia kosztownej awarii. Przepięcia mogą wystąpić nieoczekiwanie i spowodować rozległe uszkodzenia urządzeń fotowoltaicznych, prowadząc do przestojów, kosztów napraw i utraty produkcji energii.

Zdarzenie gwałtownego wzrostu może skutkować kosztami wymiany sprzętu, wydatkami na robociznę, przestojem systemu, zmniejszoną produkcją energii, utratą możliwości uzyskania przychodów, zwiększonymi wymaganiami konserwacyjnymi i roszczeniami ubezpieczeniowymi.

Niektórzy deweloperzy mogą zdecydować się na nieuwzględnianie urządzeń zabezpieczających przed przepięciami, aby obniżyć początkowy koszt projektu. Może to jednak skutkować wyższymi kosztami konserwacji w przyszłości, jeśli sprzęt zostanie uszkodzony w wyniku przepięcia i będzie wymagał naprawy lub wymiany.

Finansowe uzasadnienie ochrony przeciwprzepięciowej

Inwestycja w ochronę przeciwprzepięciową stanowi często niewielki ułamek całkowitych kosztów projektu. Może jednak pomóc w zapobieganiu stratom znacznie przekraczającym koszt samych urządzeń ochronnych. W przypadku instalacji komercyjnych i użyteczności publicznej przestoje mogą szybko przełożyć się na znaczne straty w przychodach. Nawet krótka przerwa w działalności może mieć wpływ na cele produkcyjne i wyniki finansowe.

3. Co się dzieje, gdy piorun uderza w system fotowoltaiczny?

Piorun stwarza znaczne ryzyko całkowitego lub częściowego zniszczenia farm fotowoltaicznych bezpośrednio w wyniku bezpośredniego uderzenia lub w wyniku uszkodzeń zwyrodnieniowych w wyniku uderzenia pośredniego.

Bezpośrednie uderzenia pioruna

Bezpośrednie uderzenia pioruna mogą wytworzyć ogromne ilości energii, która może spowodować katastrofalne szkody. Kiedy piorun uderza w panel fotowoltaiczny, powoduje indukowany prąd przejściowy w pętlach przewodów systemu. Prowadzi to do awarii izolacji, paneli, falownika i sprzętu komunikacyjnego.

Pośrednie efekty błyskawic

Pośrednie skutki wyładowań atmosferycznych są często częstsze i mogą być równie problematyczne. Przepięcia mogą mieć wpływ na instalację systemu paneli słonecznych na kilka sposobów:

• Od bezpośrednich uderzeń po zewnętrzną instalację odgromową obiektu, w jego pobliżu, a nawet samą instalację fotowoltaiczną

• Od prądów wywołanych piorunem rozprowadzanych do sieci elektrycznej

• Od przepięć pochodzących z sieci elektrycznej, pochodzenia atmosferycznego (piorun) lub spowodowanego eksploatacją

• Od zmian pola elektrycznego spowodowanych piorunami

• Z sieci, jeśli piorun uderzy w przewody średniego lub niskiego napięcia

• Z ziemi, jeśli piorun uderzy w pobliżu falownika fotowoltaicznego

• Od strony prądu stałego, jeśli piorun uderzy w moduły fotowoltaiczne

Uszkodzenie kluczowych komponentów

Jeśli instalacja fotowoltaiczna doświadczy przepięcia i nie jest zabezpieczona piorunochronami lub ogranicznikami przepięć, może doznać uszkodzeń sprzętu, począwszy od wypaleń piorunów w panelach po degradację modułów i falowników lub systemów wtórnych, takich jak sprzęt monitorujący i elementy sterujące trackerami.

Konkretne komponenty o największym ryzyku awarii obejmują skrzynkę łączącą i MPPT (urządzenie śledzące punkt maksymalnej mocy). Niektóre systemy fotowoltaiczne mogą wytrzymać fizyczne lub obwodowe uszkodzenia paneli. Jednakże ich obwody sterujące i urządzenia magazynujące energię będą natychmiast bezużyteczne po uderzeniu pioruna.

Ukryte skutki długoterminowe

Nawet jeśli nie wystąpią początkowe przerwy w dostawie prądu, instalacja może nadal cierpieć z powodu wtórnych skutków uszkodzeń sprzętu. Mogą one zmniejszyć ilość energii, jaką system może wygenerować. Skutki te są czasami błędnie przypisywane awariom sprzętu lub wadom produkcyjnym, jeśli nie jest od razu oczywiste, że były spowodowane przepięciem.

Uszkodzenie modułu fotowoltaicznego powoduje utratę mocy wyjściowej z ciągu. Uszkodzenie falownika może odciąć lub ograniczyć moc wyjściową dużej części instalacji.

Znaczenie prawidłowego rozmieszczenia SPD

W celu zabezpieczenia obwodów krytycznych należy zainstalować sieć ochrony przeciwprzepięciowej w całej sieci dystrybucji prądu stałego i przemiennego systemu energii słonecznej. Całkowita liczba SPD potrzebnych w systemie fotowoltaicznym różni się w zależności od odległości między panelami a falownikiem.

Ogólne wytyczne dotyczące instalacji obejmują:

• W liniach prądu przemiennego należy zastosować ochronę przeciwprzepięciową na każdym przewodzie zasilającym do ziemi.

• Jeśli długość kabla pomiędzy panelami fotowoltaicznymi jest mniejsza niż 10 metrów, należy zainstalować jeden SPD przy falowniku, skrzynce przyłączeniowej lub bliżej paneli fotowoltaicznych.

• W instalacjach z okablowaniem prądu stałego o długości przekraczającej 10 metrów, będzie potrzebnych więcej ochronników przeciwprzepięciowych zarówno po stronie falownika, jak i modułów fotowoltaicznych.

• W mieszkaniowym systemie energii słonecznej z mikroinwerterami, który ma krótkie okablowanie prądu stałego, ale dłuższe kable prądu przemiennego, w skrzynce przyłączeniowej należy zainstalować urządzenia SPD, aby chronić dom przed przejściowymi przepięciami.

Na falownikach należy zainstalować urządzenia SPD, aby chronić wejścia prądu stałego i wyjścia prądu przemiennego, z uziemieniem zarówno na dodatniej, jak i ujemnej linii prądu stałego. Obwody łączące i sterujące, a także systemy monitorowania i śledzenia powinny być chronione, aby zapobiec zakłóceniom w przepływie energii elektrycznej i utracie danych.

4. Podsumowanie

Każda instalacja fotowoltaiczna powinna być wyposażona w ogranicznik przepięć. Systemy fotowoltaiczne są narażone na przepięcia elektryczne spowodowane uderzeniami piorunów, wahaniami sieci i awariami wewnętrznymi.

Przepięcie może uszkodzić falowniki, panele, skrzynki przyłączeniowe, sprzęt monitorujący i urządzenia magazynujące energię. Uszkodzenia mogą skutkować kosztami wymiany sprzętu, przestojami systemu, zmniejszoną produkcją energii i utratą przychodów.

Nawet jeśli nie są widoczne żadne bezpośrednie uszkodzenia, przepięcia mogą powodować ukrytą degradację, która z czasem zmniejsza moc wyjściową. Skutki te są często mylone z wadami produkcyjnymi.

Ochrona przed przepięciami słonecznymi nie jest opcją — jest koniecznością. Zainstalowanie urządzeń SPD po stronie prądu stałego i przemiennego systemu, z odpowiednim uziemieniem, pomaga chronić krytyczny sprzęt i utrzymać niezawodną produkcję energii.

Ochrona przeciwprzepięciowa jest niezbędnym elementem każdej instalacji elektrycznej, jednak nie zastępuje odpowiedniego rozwiązania w zakresie ochrony odgromowej. Kompletny system ochrony odgromowej, który obejmuje odgromniki, przewody odprowadzające, zabezpieczenia przeciwprzepięciowe, połączenia wyrównawcze i system uziemiający, stanowi pierwszą linię obrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna.

YRO specjalizuje się w dostarczaniu niezawodnych urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej dla instalacji fotowoltaicznych. Aby uzyskać optymalną ochronę, należy zawsze zapoznać się z lokalnymi przepisami, specyfikacjami producenta i pracować z certyfikowanymi komponentami.

Wybór odpowiedniego zabezpieczenia przeciwprzepięciowego zabezpieczy Twoją inwestycję w energię fotowoltaiczną. Zapobiega kosztownym uszkodzeniom i zapewnia niezawodną, ​​długoterminową produkcję energii.