Επιλογή συσκευών προστασίας από υπερτάσεις Επιλογή για φωτοβολταϊκά συστήματα - Εγκατάσταση SPD
1. Παράγοντες που επηρεάζουν την εγκατάσταση SPD
Οι υπερτάσεις σε φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήματα στέγης προκαλούνται κυρίως από άμεσα πλήγματα κεραυνού (πάνω ή κοντά στο κτίριο ή στον Φ/Β εξοπλισμό με LPS), επαγόμενη τάση από αλλαγές ηλεκτρικού πεδίου που σχετίζονται με κεραυνούς ή λειτουργίες μεταγωγής σε δίκτυα διανομής AC/DC. Για την αξιολόγηση της ανάγκης για προστασία από υπερτάσεις και τον προσδιορισμό της κατάλληλης προστατευτικής στρατηγικής, η ονομαστική τάση αντοχής σε κρουστικές τάσεις (Uw) του εξοπλισμού θα πρέπει να χρησιμοποιείται ως αναφορά. Εκτός εάν ορίζεται διαφορετικά από την εκτίμηση κινδύνου, οι SPD θα πρέπει να εγκαθίστανται τόσο στην πλευρά DC όσο και στην πλευρά AC του Φ/Β συστήματος.
Οι συσκευές εντός ενός φωτοβολταϊκού συστήματος που ενδέχεται να απαιτούν προστασία περιλαμβάνουν:
Μετατροπείς, συμπεριλαμβανομένων των διεπαφών τόσο στο σύστημα AC χαμηλής τάσης όσο και στο σύστημα DC, φωτοβολταϊκές συστοιχίες, εσωτερική καλωδίωση φωτοβολταϊκού συστήματος, εξαρτήματα που εγκαθίστανται μεταξύ του μετατροπέα και των φωτοβολταϊκών συστοιχιών, όπως κιβώτια συνδυασμού· εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση και τον έλεγχο του φωτοβολταϊκού συστήματος.
Σύμφωνα με το IEC 61643-12 και τα σχετικά τμήματα του GB/T 21714, η επιλογή και η εγκατάσταση SPD για φωτοβολταϊκά συστήματα εξαρτάται από πολλαπλούς παράγοντες. Σε αυτούς περιλαμβάνονται η πυκνότητα κεραυνών στο έδαφος (NG) [1/km²·έτος] ή ο μέσος αριθμός ημερών καταιγίδας ανά έτος (T), τα χαρακτηριστικά του συστήματος τροφοδοσίας χαμηλής τάσης (π.χ. εναέριες γραμμές ή υπόγεια καλώδια) και η φύση του εξοπλισμού που προστατεύεται, καθώς και το εάν έχει εγκατασταθεί εξωτερικό Σύστημα Αντικεραυνικής Προστασίας (LPS) για την προστασία του φωτοβολταϊκού συστήματος από άμεσα κεραυνικά πλήγματα.
Εάν υπάρχει εξωτερικό LPS, οι απαιτήσεις SPD επηρεάζονται από το επίπεδο προστασίας (Κλάση) του LPS και από το εάν διατηρείται η απαιτούμενη απόσταση διαχωρισμού (S) μεταξύ του LPS και του φωτοβολταϊκού συστήματος (μονωμένο έναντι μη μονωμένου LPS).
2. Επίδραση Διαφορετικών Εξωτερικών Διαμορφώσεων LPS στην Αντικεραυνική Προστασία για Φωτοβολταϊκά Συστήματα
Η εγκατάσταση SPD για φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης γενικά εμπίπτει σε τρεις κατηγορίες, με βάση την παρουσία και τον τύπο εξωτερικού LPS:
(1) Φωτοβολταϊκά συστήματα χωρίς εξωτερικό LPS
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα (δεν περιλαμβάνεται εδώ), εάν το κτίριο δεν είναι εξοπλισμένο με εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας, οι SPD θα πρέπει να εγκατασταθούν με βάση το αποτέλεσμα μιας αξιολόγησης κινδύνου από κεραυνούς. Συνιστάται η εγκατάσταση συσκευών προστασίας από υπερτάσεις τόσο στην πλευρά AC όσο και στην πλευρά DC για την προστασία κρίσιμων φωτοβολταϊκών στοιχείων.
Για την πλευρά DC, θα πρέπει να εγκατασταθεί ένας διακόπτης τάσης DC τύπου 2 (με την ονομασία DC1) κοντά στο φωτοβολταϊκό κουτί συνδυασμού ή στη φωτοβολταϊκή συστοιχία (εάν δεν χρησιμοποιείται κουτί συνδυασμού). Αυτός ο διακόπτης τάσης προστατεύει το κτίριο από εξωτερικές υπερτάσεις που μεταδίδονται μέσω των φωτοβολταϊκών καλωδίων και συνήθως εγκαθίσταται αμέσως μετά την είσοδο των φωτοβολταϊκών καλωδίων στο κτίριο. Ένας άλλος διακόπτης τάσης DC τύπου 2 (με την ονομασία DC2) θα πρέπει να εγκατασταθεί κοντά στην είσοδο DC του μετατροπέα. Εάν το μήκος καλωδίου μεταξύ DC1 και του μετατροπέα είναι μικρότερο από 10 μέτρα, το DC1 μπορεί να παραλειφθεί.
Για την πλευρά AC, συνιστάται η χρήση ενός SPD AC Τύπου 2 (με την ονομασία AC1) στην είσοδο του δικτύου AC, η οποία συνήθως βρίσκεται στον κύριο πίνακα διανομής. Αυτή η συσκευή προστατεύει από υπερτάσεις που προέρχονται από το ηλεκτρικό δίκτυο. Το εάν χρειάζεται AC1 σε ένα σύστημα χωρίς εξωτερική προστασία από κεραυνούς εξαρτάται από τα αποτελέσματα μιας αξιολόγησης κινδύνου κεραυνών. Για την προστασία του ακριβού μετατροπέα, ένας SPD AC Τύπου 2 (με την ονομασία AC2) εγκαθίσταται συνήθως κοντά στην έξοδο AC του μετατροπέα. Εάν το μήκος καλωδίου μεταξύ AC1 και AC2 είναι μικρότερο από 10 μέτρα, το AC2 μπορεί να παραλειφθεί. Ανατρέξτε στον πίνακα διαμόρφωσης για λεπτομερείς οδηγίες.
(2) Φωτοβολταϊκά συστήματα με εξωτερικό LPS που πληρούν την απαιτούμενη απόσταση διαχωρισμού (μονωμένο LPS)
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, όταν ένα κτίριο διαθέτει εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας (όπως ράβδους ή ταινίες τερματισμού αέρα) και η φωτοβολταϊκή συστοιχία της στέγης προστατεύεται από αυτό το σύστημα διατηρώντας την κατάλληλη απόσταση διαχωρισμού, το φωτοβολταϊκό σύστημα θεωρείται ότι είναι εξοπλισμένο με απομονωμένο σύστημα LPS. Ακόμα και σε αυτήν την περίπτωση, η εγκατάσταση SPD εξακολουθεί να είναι απαραίτητη.
Για συστήματα με απομονωμένο LPS, η ρύθμιση του SPD είναι παρόμοια με συστήματα χωρίς εξωτερική προστασία από κεραυνούς. Ένας SPD DC Τύπου 2 θα πρέπει να εγκατασταθεί κοντά στο κουτί συνδυασμού ή κοντά στη φωτοβολταϊκή διάταξη εάν δεν χρησιμοποιείται κουτί συνδυασμού. Ένας άλλος SPD DC Τύπου 2 θα πρέπει να τοποθετηθεί κοντά στην πλευρά DC του μετατροπέα και ένας SPD AC Τύπου 2 κοντά στην πλευρά AC του μετατροπέα. Ωστόσο, επειδή το φωτοβολταϊκό σύστημα συνδέεται εντός και εκτός του κτιρίου, απαιτείται επίσης ένας SPD AC Τύπου 1 στον κύριο πίνακα διανομής AC, όπου εισέρχεται η ισχύς του ηλεκτρικού δικτύου στο κτίριο. Ανατρέξτε στον πίνακα διαμόρφωσης για λεπτομερείς οδηγίες διάταξης.
(3) Φωτοβολταϊκά συστήματα με εξωτερικό LPS που δεν πληρούν την απαιτούμενη απόσταση διαχωρισμού (μη απομονωμένο LPS)
Σε φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης όπου τα πάνελ βρίσκονται πολύ κοντά στο εξωτερικό σύστημα προστασίας από κεραυνούς (LPS) και δεν μπορούν να τηρήσουν την απαιτούμενη απόσταση ασφαλείας, όλα τα μεταλλικά μέρη του φωτοβολταϊκού συστήματος πρέπει να συνδεθούν στο LPS για να διασφαλιστεί η σωστή ισοδυναμική σύνδεση κεραυνού. Αυτή είναι η συνήθης προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την προστασία από κεραυνούς στέγης. Σε αυτήν τη ρύθμιση, τόσο τα καλώδια AC όσο και τα καλώδια DC αντιμετωπίζονται ως παράλληλοι αγωγοί στο σύστημα σύνδεσης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να επηρεαστούν άμεσα από το ρεύμα κεραυνού. Γι' αυτό το λόγο, η IEC συνιστά τη χρήση συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD) Τύπου 1 - συνήθως μαζί με SPD Τύπου 2 - σε βασικά σημεία του συστήματος: όπου τα φωτοβολταϊκά καλώδια εισέρχονται στο κτίριο και στις δύο πλευρές AC και DC σημαντικών συσκευών όπως ο μετατροπέας.
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, το DC1 πρέπει να εγκατασταθεί όσο το δυνατόν πιο κοντά στο κουτί συνδυασμού ή κοντά στη φωτοβολταϊκή γεννήτρια εάν δεν υπάρχει κουτί συνδυασμού. Τα DC2 και AC2 πρέπει να τοποθετηθούν κοντά στον μετατροπέα για καλύτερη προστασία. Στις περισσότερες περιπτώσεις, χρειάζονται και τα δύο AC1 (στον κύριο πίνακα) και AC2 (κοντά στον μετατροπέα). Αλλά εάν ο μετατροπέας είναι εγκατεστημένος μέσα στον κύριο πίνακα και μοιράζονται την ίδια γείωση, με μήκη καλωδίων μικρότερα ή ίσα με 0,5 μέτρα, τότε το AC2 ενδέχεται να μην είναι απαραίτητο. Μπορείτε να ελέγξετε τον πίνακα για λεπτομερείς οδηγίες εγκατάστασης.
1: Το DC1 μπορεί να παραλειφθεί υπό τις ακόλουθες συνθήκες: Εάν το μήκος του καλωδίου μεταξύ DC1 και του μετατροπέα είναι μικρότερο από 10 μέτρα και το επίπεδο προστασίας τάσης (Up) του AC2 είναι μικρότερο ή ίσο με 0,8 φορές την ονομαστική τάση αντοχής σε κρουστική τάση (Uw) της φωτοβολταϊκής γεννήτριας ή εάν το Up του AC2 είναι μικρότερο ή ίσο με 0,5 φορές την Uw και ο αγωγός PE (προστατευτική γείωση) δρομολογείται κοντά στα καλώδια DC.
2：Το AC2 μπορεί να παραλειφθεί υπό τις ακόλουθες συνθήκες: Εάν το μήκος του καλωδίου μεταξύ AC1 και AC2 είναι μικρότερο από 10 μέτρα ή εάν ο μετατροπέας και ο κύριος πίνακας διανομής μοιράζονται το ίδιο ηλεκτρόδιο γείωσης και τα καλώδια σύνδεσης SPD δεν έχουν μήκος μεγαλύτερο από 0,5 μέτρα το καθένα — για παράδειγμα, εάν ο μετατροπέας είναι εγκατεστημένος μέσα στον κύριο πίνακα.
3: Ελάχιστη διατομή για αγωγούς γείωσης SPD: Για SPD Τύπου 2, ο χάλκινος αγωγός γείωσης δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 6 mm². για SPD Τύπου 1, δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 16 mm².
Η επιλογή των SPD στην πλευρά DC σε φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης εξαρτάται κυρίως από τον τρόπο προστασίας του κτιρίου από κεραυνούς και τον τρόπο καλωδίωσης του συστήματος. Σύμφωνα με τον πίνακα διαμόρφωσης και τα πρότυπα IEC, θα πρέπει πάντα να υπάρχει μια προστασία από υπερτάσεις στην πλευρά DC του μετατροπέα. Ωστόσο, επιπλέον SPD κοντά στο κουτί συνδυασμού - ή κοντά στα φωτοβολταϊκά πάνελ εάν δεν υπάρχει κουτί συνδυασμού - χρειάζονται μόνο εάν το καλώδιο μεταξύ των πάνελ και του μετατροπέα έχει μήκος μεγαλύτερο από 10 μέτρα.
Ωστόσο, δεν γίνεται έτσι παντού. Σε ορισμένες χώρες —για παράδειγμα στη Γερμανία— οι κανόνες είναι ουσιαστικά το αντίθετο. Εκεί, η προστασία από υπερτάσεις DC εγκαθίσταται πάντα ακριβώς δίπλα στα φωτοβολταϊκά πάνελ και χρειάζεται να προσθέσετε μία κοντά στον μετατροπέα μόνο εάν η διαδρομή του καλωδίου είναι πάνω από 10 μέτρα.