المصدر: iaeimagazine.org
عاصفة البرق المثالية للتدمير هي على الحقل الشمسي. ألواح الطاقة الشمسية كبيرة - وغالبًا ما تعرض ومعزولة - تجعل حماية الطفرة أمرًا بالغ الأهمية حتى تدوم عمرها.
البرق هو تصريف كهربائي في الجو. عندما تنطلق البرق ، تكون الحرائق عرضة بسبب إطلاق الطاقة. السحب Nimbus (غيوم المطر) لها تركيز من الشحنة الكهربائية ، وتراكمها يخلق تأين الهواء. إن تأين الهواء بين الأرض وسحب نيمبوس يخلق تصريفًا من السحب إلى الأرض. تسبب الغيوم في نيمبوس أكبر الطغات لأنها هي التي تولد البرق.
ضربات البرق غير المباشرة مدمرة. عادة ما تكون الملاحظات القصصية حول نشاط البرق مؤشراً سيئًا لمستوى البرق - المفرط في المصفوفات الكهروضوئية1. يمكن أن تؤدي ضربات البرق غير المباشرة بسهولة إلى إلحاق الضرر بالمكونات الحساسة داخل المعدات الكهروضوئية ، والتي غالبًا ما تكون لها تكلفة عالية لإصلاح أو استبدال المكونات التالفة ويؤثر على موثوقية نظام PV1. يعتمد الجهد الزائد على شروط الإعداد لكل نظام PV و WIRINGS.
تتعرض الأنظمة الكهروضوئية في المساحات المفتوحة الكبيرة ، عادة في الحقول أو على قمم المباني. إن الغيوم المطرية المشحونة التي تتراكم على مثل هذه الحقول المفتوحة لها ميل لإطلاق الشحنة في شكل البرق. عندما يحدث هذا ، من المحتمل أن تحدث زيادة الجهد. كلما كان الحقل أكثر توسعية ، كلما حدث التدمير على الأرجح.
يمكن بسهولة أن تتضرر المعدات الإلكترونية إلى حد الفشل الكارثي من خلال الطفائد. في حالة حدوث زيادة عند وجود أي موظف ، فإن ذلك سيعرض سلامته للخطر. يمكن أن تكون ضربات البرق غير المباشرة قاتلة إذا كان الشخص على بعد 60 قدمًا من نقطة ضربة البرق [2]. عندما يوجد نظام PV في موقع صناعي ، تكون العمليات التجارية والمعدات في خطر أيضًا. العاكسات مكلفة ، ولكن بالنسبة للتطبيقات الصناعية ، فإن الفشل الأكثر تكلفة هو تكلفة التوقف.
عندما يصنع البرق نظامًا للطاقة الشمسية الكهروضوئية ، فإنه يتسبب في حدوث تيار عابر وجهد مستحث داخل حلقات سلك نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ستظهر هذه التيارات والفولتية العابرة في أطراف المعدات ومن المحتمل أن تتسبب في عزل العزل والفشل العازلة داخل مكونات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والإلكترونية مثل الألواح الكهروضوئية ، والعاكس ، والتحكم والاتصالات معدات الاتصالات2، وكذلك الأجهزة في تركيب المبنى3. يحتوي مربع الصفيف والعاكس وجهاز MPPT (Maximum Power Point Tracker) على أعلى نقاط فشل.
لمنع ارتفاع الطاقة من المرور عبر الإلكترونيات والتسبب في أضرار عالية في الجهد لنظام الكهروضوئية ، يجب أن يكون لارتفاع الجهد طريق إلى الأرض. للقيام بذلك ، يجب أن تكون جميع الأسطح الموصلة ترتكز بشكل مباشر ، ويتم اقتران جميع الأسلاك التي تدخل وتخرج النظام (مثل كابلات Ethernet و AC الرئيسية) على الأرض من خلال جهاز حماية الطفرة (SPD).
هناك حاجة إلى SPD لكل مجموعة من الأوتار داخل مربع الصفيف ، مربع إعادة التجميع ، وكذلك فصل التيار المستمر.
تصنيفات حماية الجهاز
توفر SPDs الحماية من المخاطر الناجمة عن الطفائد.
UL 1449 [4] يعرّف النوع 1 ، النوع 2 ، والنوع 3 SPDS:
النوع 1:منافذ واحدة ، SPDs متصلة بشكل دائم ، باستثناء Watt - مرفقات المقبس ساعة ، مخصصة للتثبيت بين المحول الثانوي لمحول الخدمة وجانب خط الجهاز الزائد معدات الخدمة ، وكذلك SPDs المقصود من جانب الحمل الذي تم تثبيته بدون جهاز حركية خارجة خارجية. يمكن توصيل النوع 1 SPDs للاستخدام في الأنظمة الكهروضوئية بين صفيف PV وفصل الخدمة الرئيسية.
النوع 2:SPDs متصلة بشكل دائم مخصص للتثبيت على جانب التحميل لجهاز التيار الزائد معدات الخدمة ؛ بما في ذلك SPDs الموجود في لوحة الفرع و SPDs مقولبة. قيمة IMAX هي الحد الأقصى لتيار التفريغ المفرد الذي يمثله شكل موجي 8/20 µs الذي يمكن أن يدعمه SPD.
النوع 3:نقطة الاستخدام SPDs ، مثبتة على الحد الأدنى لطول الموصل 10 أمتار من لوحة الخدمة الكهربائية إلى نقطة الاستخدام ، على سبيل المثال سلك متصل ، القابس المباشر - في ، نوع الوعاء و SPDs المثبتة في معدات الاستخدام المحمية. المسافة (10 أمتار) حصرية من الموصلات التي يتم توفيرها أو استخدامها لتوصيل SPDs.
النوع 1 SPDs حماية من ضربات البرق المباشرة وتتميز بالموجة الحالية 10/350 µs. يتم استخدام النوع 1 SPDs في المحولات المركزية.
حماية من النوع 2 SPDs من ضربات البرق غير المباشرة ، والتي تتميز بأشكال موجية 8/20 µs. يعني الشكل الموجي 8/20 µs أن الإضراب لديه وقت صعود 8 µs ومدة إلى نصف الذروة- نصف µs. النوع 2 SPDs يمنع انتشار الجهد الزائد في المنشآت والمعدات الكهربائية. كما أنها تحمي من تأثير البرق الكهرومغناطيسي الذي ينتشر زيادة داخل السلك.
يجب استخدام SPD من النوع 2 على كل MPPT وداخل محولات السلسلة وصناديق الصفيف.
عادة ما تتلف الصناديق التي تحدث العواصف من الإضرابات غير المباشرة. ليس فقط نوع المواد والارتفاع ، ولكن أيضًا الشكل الذي يؤثر على قدرة الكائن على جذب ضربات البرق. إذا كان شكل المربع أو المادة له ميل لجذب ضربات البرق ، فيجب استخدام SPD من النوع 1 أو قضيب البرق.
الارتفاع والأشكال المدببة والعزلة هي الخصائص المهيمنة التي تحدد مكان ضربات البرق. إنها أسطورة أن المعدن يجذب البرق. ومع ذلك ، من المهم أن نلاحظ أنه بغض النظر عن مكان وجود مزرعة PV ، أو شكل أي كائنات قريبة ، تعد SPDs ضرورية لكل نظام PV نظرًا لقابليتها المتأصلة في توجيه الإضرابات غير المباشرة وغير المباشرة.
تحديد جهاز حماية الجهاز وتثبيته للأنظمة الكهروضوئية
أنظمة الكهروضوئية لها خصائص فريدة ، والتي تتطلب بالتالي استخدام SPDs مصممة خصيصًا للأنظمة الكهروضوئية.
أنظمة PV لديها فولتية نظام DC عالية تصل إلى 1500 فولت. تعمل الحد الأقصى لنقطة الطاقة الخاصة بهم في مئوية قليلة فقط تحت التيار القصيرة للنظام.
لتحديد وحدة SPD المناسبة لنظام PV وتثبيته ، يجب أن تعرف:
كثافة الفلاش الدائرية الصاعقة.
درجة حرارة تشغيل النظام ؛
جهد النظام.
تصنيف الدائرة القصيرة للنظام.
مستوى الشكل الموجي الذي يجب حمايته (البرق غير المباشر أو المباشر) ؛ و
تيار التفريغ الاسمي.
تعتمد متطلبات SPD للتثبيت المحمي بواسطة نظام حماية البرق الخارجي (LPS) على الفئة المحددة من LPS وما إذا كانت مسافة الفصل بين LPS وتثبيت PV معزولة أو غير معزولة [4}} [4]. IEC 62305-3 تفاصيل متطلبات مسافة الفصل ل LPS خارجية.
للحصول على تأثير وقائي ، يجب أن يكون مستوى حماية الجهد (UP) في SPD أقل بنسبة 20 ٪ من القوة العازلة للمعدات الطرفية للنظام.
من المهم استخدام SPD مع دائرة قصيرة تحمل التيار أكبر من التيار القصيرة لسلسلة الصفيف الشمسي الذي يتم توصيل SPD به. يجب أن يحتوي SPD المقدم على ناتج DC على DC MCOV يساوي أو أكبر من جهد نظام الكهروضوئي القصوى للوحة.
عندما تضرب البرق عند النقطة A (انظر الشكل 1) ، من المحتمل أن تتلف لوحة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والعاكس. سيتم تلف العاكس فقط إذا ضربات البرق عند النقطة B. ومع ذلك ، فإن العاكس هو عادة المكون الأكثر تكلفة ضمن نظام PV ، وهذا هو السبب في أنه من الضروري تحديد وتثبيت SPD الصحيح بشكل صحيح على كل من خطوط AC و DC. كلما اقترب الإضراب من العاكس ، كلما تضرر العاكس.
الشكل 1.Lightning Strike موقع.
SPDs لجانب العاصمة من الأنظمة الضوئية
مصادر الكهروضوئية لها خصائص تيار وجهد مختلفة تمامًا عن مصادر التيار المستمر التقليدية: لديهم خاصية خطية غير- وتسبب استمرارًا طويلًا - مصطلح القوس المبللة. لذلك ، لا تتطلب المصادر الحالية الكهروضوئية مفاتيح كهروضوئية أكبر وفوز PV ، ولكن أيضًا فصلًا عن جهاز الحماية للارتداد الذي يتم تكييفه مع هذه الطبيعة الفريدة وقادرة على التعامل مع التيارات الكهروضوئية.
يجب دائمًا تصميم SPDs المثبت على جانب DC خصيصًا لتطبيقات DC. إن استخدام SPD على جانب AC أو DC غير صحيح أمر خطير في ظل ظروف الصدع.
عند استخدام SPDs على جانب DC ، يجب أيضًا استخدامها على جانب AC بسبب الاختلافات المحتملة.
SPDs لجانب AC
حماية الطفرة مهمة بنفس أهمية جانب AC كما هو الحال بالنسبة لجانب العاصمة. تأكد من أن SPD مصمم خصيصًا لجانب التيار المتردد.
من أجل الحماية المثلى ، يجب أن يكون SPD بحجم خصيص للنظام. سيضمن الاختيار المناسب أفضل حماية مع أطول عمر.
على جانب التيار المتردد ، يمكن توصيل العولات المتعددة بنفس SPD إذا كانت تشترك في نفس اتصال الشبكة.
تثبيت
يجب دائمًا تثبيت SPDs في اتجاه المنبع من الأجهزة التي سيحميها. يقول NFPA 780 12.4.2.1 أنه يجب توفير حماية الطفرة على ناتج العاصمة للوحة الشمسية من إيجابية إلى أرضية وسلبية إلى الأرض ، في صندوق combiner و recombiner لألواح شمسية متعددة ، وفي مخرج AC للعاكس.
يعتمد التثبيت الصحيح لـ SPD على ثلاث قيم ، وهي:
الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر: الجهد الذي سيتم تنشيط SPD.
مستوى حماية الجهد: يجب أن تكون فئة الجهد الزائد للمعدات أعلى من مستوى حماية الجهد SPD.
تيار التفريغ الاسمي: قيمة ذروة الشكل الموجي (8/20 µs للنوع 2 SPDs) أن SPD قادرة على تحمل بعد الطفعات المتكررة.
الكابلات
غالبًا ما يتم تمديد الكابلات في أنظمة PV عبر مسافات طويلة حتى يتمكنوا من الوصول إلى نقطة اتصال الشبكة. ومع ذلك ، لا ينصح بأطوال الكابلات الطويلة أبدًا ، وأنظمة الكهروضوئية بعيدة عن الاستثناء.
وذلك لأن تأثير الحقل - يعتمد على التداخل الكهربائي الذي يحدث بسبب زيادة تصريف البرق فيما يتعلق بزيادة أطوال الكابل وحلقات الموصلات. عند حدوث الجهد الزائد العابر ، يمكن لأي انخفاض في الجهد الاستقرائي في كبلات التوصيل إضعاف تأثير الحماية من SPD. من غير المرجح أن يحدث هذا إذا تم توجيه الكابلات لتكون قصيرة قدر الإمكان.
يعد الجهد الطويلة مساهماً مهمًا في فشل الكابل ، وسيساهم كل دافع على الكبل في تدهور قوة عزل الكابل.
إذا تم حقن زيادة في نظام - وحده نظام PV (نظام بعيد عن شبكة الطاقة) ، قد يتم تعطيل أي عمليات معدات تعمل بالكهرباء الشمسية ، مثل المعدات الطبية أو إمدادات المياه.
يعتمد موقع وكمية SPDs للتثبيت على جانب DC على طول الكبل بين الألواح الشمسية والعاكس (انظر الجدول 1). إذا كان الطول أقل من 10 أمتار ، فيجب أن يكون SPD واحد فقط ضروريًا ويجب تثبيت SPD في نفس المجاور مثل العاكس. إذا كان طول الكبل أكثر من 10 أمتار ، فقم بتثبيت SPD واحد في المنطقة المجاورة للعاكس بالإضافة إلى SPD ثانية في المربع بالقرب من اللوحة الشمسية.
كابلات الطريق بطريقة تتجنب حلقات الموصل الكبيرة. يجب توجيه خطوط AC و DC وخطوط البيانات مع موصلات الترابط المتزايد على طول المسار بأكمله لضمان عدم تشكيل حلقات الموصل من توجيهها عبر عدة سلاسل أو عند توصيل العاكس بتوصيل الشبكة.
الجدول 1.اختيار SPD.
كيفية الجمع بين SPDs مع العزف
تتكون المزارع الكهروضوئية من معدات حساسة للغاية تحتاج إلى حماية واسعة. نظرًا لأن المزارع الكهروضوئية تنشئ طاقة التيار المباشر (DC) ، فإن المحولات (والتي هي ضرورية لتحويل هذه الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتردد) هي مكون أساسي لإنتاجها الكهربائي. لسوء الحظ ، فإن العاكسات ليست عرضة للغاية لضربات البرق فحسب ، بل إنها مكلفة بشكل لا يصدق.
NFPA 780 ،معيار لتركيب أنظمة حماية البرق، في 12.4.2.3 يتطلب SPDs إضافية عند إدخال DC من العاكس إذا كان العاكس النظام أكثر من 30 مترًا من أقرب مربع مشمع أو إعادة صياغة.
قم بتثبيت SPD بين الصمامات والعاكس إذا كانت هناك حماة سلسلة (مثل الصمامات أو قاطع DC أو ثنائيات السلسلة) [انظر الشكل 2].
الشكل 2.SPD بشكل صحيح وبشكل غير صحيح متصل بعاكس مع حماة السلسلة.
لتوصيل SPD عندما يكون هناك عاكس مع مربع مصهر متكامل ، تأكد من تجاوز الصمامات الداخلية وأن الصمامات الخارجية متصلة (انظر الشكل 3). يجب تركيب SPDs خارج العاكس وفي نوع nema - 3 r أو أعلى إذا كان تطبيقًا في الهواء الطلق.
يجب تثبيت محولات السلسلة في أقرب وقت ممكن من الأوتار. يجب أن تكون كبلات SPD التي تتصل بشبكة L+/L - ، وبين كتلة محطة SPD و BUSBAR الأرضية ، أقل من 2.5 متر. كلما كانت كبلات الاتصال أقصر ، كلما كانت الحماية أكثر كفاءة وتكلفة -.
بالنسبة للمحولات التي تحتوي على متتبع MPP واحد فقط ، قم بدمج السلسلة قبل العاكس وتوصيلها بـ SPD عند نقطة التوصيل البيني.
يجب تخطيط مجموعات SPD لكل إدخال عندما يحتوي العاكس على متعددة MPP متعددة. يجب استخدام SPD لكل إدخال يتم دمجه مع الصمام الثنائي السلسلة.
الشكل 3.SPD متصل بعاكس مع مربع الصمامات المتكاملة
خاتمة
لتشغيل المعدات الكهروضوئية دون الحماية المناسبة للارتداد ، يكون أكثر من الأعمال المحفوفة بالمخاطر - متهور.
لكي تكون النظم الشمسية مستقبل عالم أكثر خضرة ، يجب حمايتها. إن حدوث البرق لا يمكن إيقافه ، وبالتالي ، فإن الحماية ضرورية.
تعرض تعرض الأنظمة الكهروضوئية لضربات البرق - على حد سواء المباشر وغير المباشر - يعني أنها يجب أن تكون مصممة بحماية للارتداد الموثوقة والمثبتة بشكل صحيح.