Глобальний перехід до відновлюваних джерел енергії позиціонує фотоелектричні (PV) системи як наріжний камінь сталого виробництва електроенергії. Ці системи, які часто встановлюються на відкритому повітрі та підключаються до розгалужених електричних мереж, за своєю суттю вразливі до перехідних перенапруг, широко відомих як стрибки напруги. Ці стрибки, що виникають як із зовнішніх джерел, таких як удари блискавки, так і з внутрішніх джерел, таких як перемикання в мережі або інвертори, становлять значну загрозу цілісності та довговічності системи. Отже, інтеграція пристроїв захисту від перенапруги (SPD) є не просто вдосконаленням, а критичною необхідністю для забезпечення надійності, безпеки та економічної життєздатності будь-якої фотоелектричної установки.
Джерела загрози перенапруг у фотоелектричних системах
Розуміння походження стрибків напруги є ключовим для реалізації ефективного захисту. Загрози подвійні:
Зовнішні перенапруги (блискавка): прямий удар блискавки в фотоелектричну матрицю або навколишню землю може спричинити катастрофічну шкоду. Найчастіше непрямі удари викликають значні перенапруги в електричних провідниках і металевих компонентах системи. Навіть віддалені удари можуть подавати електромагнітні імпульси в розгалужену проводку фотоелектричної установки.
Внутрішні перенапруги (перехідні процеси перемикання): вони генеруються в самій електричній системі. Робота автоматичних вимикачів, контакторів або швидке перемикання силової електроніки інвертора може спричинити високо-скачки напруги. Крім того, коливання в електромережі, такі як перемикання батарей конденсаторів, також можуть поширюватися на фотоелектричну систему.
Без захисту ці перехідні перенапруги можуть призвести до негайного та незворотного руйнування чутливих і дорогих компонентів, насамперед фотоелектричних модулів та інвертора. Вони також можуть спричинити сукупне погіршення ізоляції та електронних компонентів, що призведе до передчасного виходу з ладу та скорочення терміну служби системи.
Роль і розміщення SPD у фотоелектричній системі
SPD функціонує як запобіжний клапан для електричних систем. Він обмежує перехідні перенапруги, безпечно відводячи імпульсний струм на землю, тим самим фіксуючи напругу до рівня, безпечного для підключеного обладнання. Комплексна стратегія SPD для фотоелектричної системи передбачає скоординований багато-етапний підхід, який часто називають зонуванням:
Захист постійного струму (фотоелектрична матриця до інвертора): сторона постійного струму системи, яка складається з сонячних панелей і кабелів, що йдуть до інвертора, дуже чутлива до стрибків,-спричинених блискавкою.
УЗПД типу 1 зазвичай встановлюються на головній суматорній коробці постійного струму. Вони розроблені, щоб витримувати дуже високі імпульсні струми від прямих або близьких ударів блискавки, забезпечуючи першу лінію захисту.
Ці SPD захищають кабелі постійного струму та вхідний каскад постійного струму інвертора, який є одним із найбільш вразливих і дорогих компонентів для заміни.
Бічний захист змінного струму (підключення інвертора до мережі): вихід змінного струму інвертора та точка підключення до основної мережі також потребують надійного захисту.
УЗПД типу 2 встановлюються на розподільному щиті змінного струму, часто поблизу виходу інвертора. Їх основна роль полягає в захисті від перехідних процесів перемикання та стрибків напруги, що виникають у мережі, запобігаючи пошкодженню вихідної схеми змінного струму інвертора.
УЗПД типу 1 також може знадобитися на головному службовому вході, якщо фотоелектрична система встановлена в будівлі, забезпечуючи узгоджений захист усієї електроустановки.
Захист даних/лінії зв’язку: сучасні фотоелектричні системи часто включають обладнання для моніторингу та зв’язку. SPD для ліній передачі даних (наприклад, Ethernet, RS485) необхідні для захисту цих чутливих сигнальних портів від стрибків напруги, викликаних кабелями зв'язку.
Основні міркування щодо вибору SPD
Вибір правильного SPD передбачає кілька технічних параметрів:
Максимальна безперервна робоча напруга (Uc): має бути вищою за максимальну напругу системи (як постійного, так і змінного струму).
Рівень захисту від напруги (збільшення): Це максимальна напруга, яка пропускатиметься до обладнання. Нижчий Up забезпечує кращий захист, але має бути сумісним з витримуваною напругою обладнання.
Номінальний розрядний струм (In) та імпульсний струм (Iimp): ці значення вказують на здатність SPD розряджати імпульсні струми. УЗП типу 1 характеризуються Iimp, а тип 2 – In, що відображає їхню різну захисну роль.
Підсумовуючи, оскільки фотоелектричні системи стають все більш невід’ємною частиною нашої енергетичної інфраструктури, збереження цих інвестицій має першочергове значення. Пристрої захисту від перенапруг забезпечують надійне та економічно-ефективне рішення для пом’якшення ризиків, спричинених тимчасовими перенапругами. Впровадивши добре-продуману схему SPD, яка охоплює як постійний, так і змінний струм системи, установники та власники можуть значно збільшити час безвідмовної роботи системи, захистити цінні активи та забезпечити довгострокову-надійну генерацію чистої сонячної енергії. Ігнорування цієї критики
