Typy a aplikace jističů solárních systémů: Kompletní průvodce

Úvod

Důraz při návrhu moderního solárního systému je často kladen na výrobu energie – účinnost panelů a konverzní poměry střídačů. Ekonomická a provozní udržitelnost jakékoli solární instalace je nicméně založena na jejích ochranných opatřeních. Jistič pro bezpečnost solárního systému je jádrem této bezpečnostní architektury a poskytuje majitelům systémů klid.

Solární zařízení není jen generátor, je to aktivní elektrárna na stejnosměrný proud (DC) vysokého napětí, která se montuje na střechy obytných domů nebo průmyslových areálů. Požadavky na ochranu se zvyšují s kapacitou systému. Nutnost silné ochrany je všude, ať už se jedná o ochranu obvodů v... PV slučovací skříň, kde je výkon koncentrován, nebo ovládání více výstupů v panelech stejnosměrného proudu, kde majitelé domů používají přímo stejnosměrný proud.

Nebezpečí spojená s tímto stejnosměrným přenosem, zejména trvalé elektrické oblouky a nebezpečí spojená s elektrickým proudem, nejsou stejná jako u běžných střídavých sítí. Volba ochrany obvodu – ať už se jedná o slučovací skříně nebo hlavní rozvod – tedy není lehkovážnou volbou příslušenství; jedná se o důležitý inženýrský výpočet.

Tato příručka je důkladným zkoumáním typů solárních jističů, jejich konkrétního použití v topologii fotovoltaického systému a matematického modelu potřebného k jejich vhodnému dimenzování.

Co je jistič sluneční soustavy?

Jistič solárního systému je automatické ochranné zařízení, které se používá k ochraně elektrických obvodů před poškozením v důsledku přetížení nebo zkratu způsobeného nadměrným proudem. Jistič je odolné spínací zařízení, na rozdíl od jednoduché pojistky, která funguje pouze jednou a musí být vyměněna. Po odstranění chyby jej lze restartovat (ručně nebo automaticky), aby pokračoval v normálním provozu.

Jistič stejnosměrného proudu má v konkrétním případě fotovoltaiky (FV) dva hlavní účely:

• Izolace a přepínání: Nabízí manuální odpojovací bod, který umožňuje personálu údržby bezpečně izolovat PV solární panel, bateriový blok nebo solární střídač pro provoz bez nebezpečí živého napětí. To je obzvláště důležité u systémů, které používají střídače s izolací transformátoru. U těchto konstrukcí technické normy obvykle vyžadují dvoupólový DC jistič s omezením proudu alespoň 1.25násobku zkratového proudu (Isc) solárního panelu. PV a 1.2násobek napětí naprázdno (Voc) solárního panelu PV pole.
• Nadproudová ochrana: Jedná se o tepelný a magnetický štít. Pokud proud protékající obvodem překročí jmenovitý proud v důsledku poruchy nebo chyby v zapojení, jistič se vypne a přeruší obvod, aby se zajistilo, že se izolace vodiče neroztaví a zařízení se neporouchá katastrofálně.

Je třeba rozlišovat mezi DC izolátor a jistič stejnosměrného proudu. Ačkoli lze odpojovač použít k přerušení obvodu a jeho udržení, nemusí nutně poskytovat automatickou ochranu proti nadproudu. Jistič nabízí požadovanou izolaci, jak je uvedeno výše, a aktivní ochranu proti poruchám.

Jistič solárního systému vs. běžný jistič střídavého proudu: Proč je rozdíl důležitý

Výměna jističů střídavého proudu (AC) za jističe stejnosměrného proudu (DC) je jednou z nejrozšířenějších a nejnebezpečnějších chyb při instalaci solárních systémů. Neškolenému oku se tato zařízení jeví podobně. Pro fyzika nebo elektrotechnika existují v radikálně odlišných realitách.

Nejdůležitějším rozdílem je fenomén nulového křížení.

• Realita klimatizace: Střídavý proud obrací polaritu 50krát nebo 60krát za sekundu (hertz). V tomto cyklu se napětí snižuje na nulu voltů 100krát nebo 120krát za sekundu. Když se vypne jistič a mezi kontakty se vytvoří elektrický oblouk, tento bod nulového napětí se přirozeně vytvoří a pomáhá uhasit oblouk.
• Nebezpečí DC: Stejnosměrný proud je spojité napětí bez průchodů nulou. Když se pokusíte rozpojit obvod vysokonapěťovým stejnosměrným proudem, oblouk sám nezhasne. Spíše se změní v dlouhotrvající plazmový můstek, který produkuje obrovské teplo (tisíce stupňů Celsia).

Pokud je v solárním stejnosměrném obvodu použit typický jistič střídavého proudu, nemusí být schopen při vypnutí přerušit oblouk. To způsobuje svařování kontaktů, při kterém se pojistky jističe sepnou a nedokážou rozpojit napájení, nebo dochází k úplnému zničení pouzdra jističe, což často způsobuje elektrický požár.

Solární DC jističe jsou proto navrženy se sofistikovanými komorami pro zhášení oblouku. Ty využívají magnetické zhášecí cívky k fyzickému natažení oblouku a jeho vtlačení do „obloukových kanálů“, kde se rozdělí a rychle ochladí. Je povinným bezpečnostním opatřením používat specializovaný DC jistič, spíše než spoléhat se na panel vstupních jističů střídavého proudu pro stejnosměrné zátěže.

Hlavní typy jističů solárních systémů

Ochrana před sluncem je přímo úměrná hustotě energie. Na trhu jsou jističe od malých, jako je agilní 15ampérový, pro použití v bytových rozvodech, až po rozvaděče s proudem až 6000 ampérů pro použití v inženýrských sítích.

Ačkoli funkčně lze nejběžnější typy jističů rozdělit na standardní, GFCI (ochrana proti zemnímu spojení) a AFCI (obloukové poruchy), z nichž každý má specifickou ochrannou roli, určují inženýři hlavní volbu v závislosti na velikosti systému a fyzickém provedení zařízení. Hierarchie hardwaru je rozdělena do tří širokých strukturálních kategorií:

Typ jističe	Typický jmenovitý proud	Napěťové hodnocení	Vypínací kapacita	Primární scénář aplikace
DC MCB	1 A - 125 A	Až 1000V DC	Nízký až střední (např. 6 kA)	Střechy obytných domů, PV Slučovací krabice, ochrana řetězců.
DC MCCB	63 A - 1600 A	Až 1500V DC	Vysoká (20 kA – 50 kA)	Komerční pole, centrální střídače, hlavní vypínač baterií.
ACB / BESS	2000 A - 6300 A	Až 1500V DC	Velmi vysoká (vakuum/vzduch)	Solární farmy v užitkovém měřítku, skladování energie v rozvodné síti (BESS).

DC MCB (Miniaturní jistič)

V aplikacích s nižším proudem je vhodný miniaturní jistič stejnosměrného proudu (MCB) většinou nahradila starší 20ampérové ​​nebo 30ampérové ​​pojistky používané ve starších paralelních rozvaděčových instalacích. Tyto jednotky jsou navrženy tak, aby byly malé a měly modulární konstrukci určenou k montáži na standardní DIN lišty, a proto jsou výchozí volbou v PV Slučovací krabice a bytové rozvaděče.

• Rozsah inženýrství: MCBJsou běžně dimenzovány na proud 125 A a stejnosměrné napětí 1000 V.
• Mechanismus: Používají termomagnetický dvoučinný spouštěcí mechanismus. Tepelný prvek se používá k řešení pomalého, dlouhodobého přetížení, zatímco magnetický prvek se používá k okamžitému přerušení spojení při zkratu s vysokým proudem, aby se chránily jednotlivé solární řetězce nebo vstupy hybridních střídačů.

DC MCCB (Jistič lisované skříně)

Jakmile proud překročí rezidenční rozsah a dostane se do komerčních solárních systémů a průmyslového (C&I) rozsahu, omezení... MCB je dosaženo. V tomto případě je jistič v lisovaném pouzdře (MCCB) bude požadovaným standardem. Tyto jednotky jsou mnohem větší a robustnější, umístěné v pevném, lisovaném izolačním pouzdře a jsou určeny k montáži šrouby, aby odolaly mechanickým silám způsobeným spínáním vysokého výkonu.

• Rozsah inženýrství: MCCBPoužívají se k provádění těžkých prací a jejich jmenovité proudy se obvykle pohybují mezi 63 A a 1600 A a mají vysokou vypínací schopnost (např. 20 kA až 50 kA).
• Výhoda: Na rozdíl od pevně nastaveného nastavení MCB, mnoho MCCBmají nastavitelná nastavení vypnutí. To umožňuje inženýrům upravit ochrannou křivku tak, aby vyhovovala charakteristikám zatížení velkých PV bateriových polí nebo bateriových bank, což je hlavní odpojovač centrálních střídačů.

ACB a BESS Jističe (vysoké napětí/průmyslové)

Vzduchové jističe (ACB) se používají v nejdůležitějších oblastech energetických služeb, které zahrnují velké elektrárny a systémy bateriového ukládání energie (BESS), pro řízení horní hranice spektra stejnosměrného proudu. Nejedná se jen o spínače, ale o složité systémy pro zhášení oblouku s technologií stlačeného vzduchu nebo vakua.

BESS Specializace: Standardní jističe nejsou v kontextu skladování vždy dostačující. Pro překonání obrovských zkratových proudů, které mohou lithium-iontové bateriové stojany produkovat, jsou nezbytné vysokorychlostní DC jističe. Tyto jednotky musí reagovat v milisekundách, aby se zabránilo katastrofálnímu tepelnému úniku.

Rozsah inženýrství: Zvládne tisíce ampérů (2000 A – 6300 A).

Použití: Kam nainstalovat jistič solárního systému v PV systémy

Solární PV Systém musí být chráněn v různých bodech logiky toku energie. Nesprávné umístění jističů nebo nedostatečné oddělení mezi doménami střídavého a stejnosměrného proudu odhaluje zranitelné části systému. Proto stanovujeme použití jističů ve čtyřech klíčových oblastech.

PV Kombinační box (ochrana stringů)

Slučovací box je prvním bodem obrany ve víceřetězcových systémech, kde je kombinace více řetězců panelů formována do jednoho výstupu. Před konsolidací je DC MCB by měly být namontovány na konci každého řetězce. Toto umístění je nezbytné zejména pro řešení problému stávající směrovosti, jak je uvedeno v bezpečnostních opatřeních.

Pokud je jeden z řetězců zastíněn nebo má poruchu, ostatní řetězce do něj mohou vnutit proud v opačném směru. Jak již bylo zmíněno, náhodná změna směru by způsobila vážné bezpečnostní problémy a poškodila solární články. Ačkoli jistič aktivně neřídí proud, je nezbytnou ochranou proti těmto nebezpečným zpětnovazebním proudům, které by jinak způsobily požár a nevratné poškození modulů.

Ochrana bateriové banky

Pokud jde o sekci akumulace energie, rozhraní mezi baterií a střídačem/nabíječkou je nejnáročnější oblastí pro přenos proudu v celém systému. Tato sekce umožňuje maximální tok proudu a silný stejnosměrný proud. MCCB nebo s vysokým hodnocením MCB je požadováno.

Je zde zahrnut jistič, který nejen chrání silnoprůřezové kabely baterie před tepelným únikem způsobeným nadproudem, ale také, což je možná důležitější, nabízí bezpečný fyzický způsob odpojení. Tato izolace umožňuje údržbářskému personálu pracovat na bateriovém bloku bez fatálního vystavení stejnosměrnému napětí pod napětím.

Hlavní vstup měniče (DC distribuce)

Ochrana hlavního vstupu střídače hraje roli kritické brány mezi generováním stejnosměrného proudu a převodem střídavého proudu. Tento jistič je umístěn mezi výstupem slučovací skříně a vstupem střídače a slouží jako hlavní stejnosměrný spínač celé generační strany. Nejenže provádí ochranu proti nadproudu, ale také chrání citlivou vnitřní výkonovou elektroniku střídače před vnějšími přepětími a poskytuje centralizovaný izolační bod pro celý systém distribuce stejnosměrného proudu.

Rozložení stejnosměrného zatížení (rezidenciální stejnosměrné obvody)

Konečně existují určité aplikace na straně spotřeby, zejména pro majitele domů, kteří k dosažení účinnosti přímo používají stejnosměrný proud. Pro posílení této účinnosti jsou instalatéři povinni instalovat samostatné rozvaděče (pojistkové skříňky) s vyhrazenými jističi, které se přísně liší od rozvaděče střídavého proudu.

To je nutné v situacích, kdy jsou spotřebiče, jako jsou LED lampy, pro svůj provoz závislé na neustálé dostupnosti stejnosměrného proudu. Protože tato zařízení vyžadují specifické napájecí prostředí, používají se v tomto případě jističe stejnosměrného proudu k ochraně těchto citlivých zátěží. Zajišťují, aby bylo napájení udržováno pod správnou kontrolou a aby jakékoli přetížení v osvětlovacím obvodu bylo co nejdříve izolováno, aniž by to ovlivnilo hlavní systém.

Zvažte faktory při výběru jističe solárního systému

Výběr jističů v solární energetice PV Systémy jsou oborem, který je často opomíjen ve prospěch panelových nebo střídačových variant. Nedbalost je však v tomto případě drahá. Špatně zvolený jistič často způsobí selhání kvůli tepelnému snížení výkonu, což způsobí poškození přehřátím a v nejhorším případě i požár systému.

Volba jističe není hrou náhody, ale spíše sladěním specifikací s provozními podmínkami systému.

Jmenovité napětí a regulační normy

Jmenovité napětí jističe by mělo být vyšší než maximální napětí naprázdno (Voc) PV pole, ale při nejnižší očekávané teplotě. Volba musí být navíc v souladu s topologií střídače a průmyslovými normami, včetně UL508i a IEC60947-3.

• 600 V DC (UL508i): Toto je standardní specifikace pro rezidenční instalace s použitím jednofázových střídačů.
• 1000 V DC (IEC60947-3): Komerční střešní instalace a standardní třífázový stringový střídač.
• 1500 V DC: Současný standard centralizovaných střídačů a velkých solárních elektráren. Zvýšené napětí minimalizuje ztráty v kabelech, ale vyžaduje jističe s lepší izolací a odolností proti oblouku.

Konfigurace pólů vs. počet strun

Konfigurace pólů je přímo úměrná počtu řetězců v oddělovači. Jedním z nejdůležitějších principů stejnosměrné izolace je, že všechny vodiče pod napětím musí být současně odpojeny od napětí.

• 2P (dvoupólový): Standard pro jeden string (s přerušením kladného i záporného pólu). Lze jej použít s typickými stringovými střídači, ve kterých se jako převodník používá jeden sledovač bodu maximálního výkonu (MPPT).
• 4P (čtyřpólový): To je nutné při současném provozu dvou řetězců nebo ve vysokonapěťových systémech (1000 V/1200 V). Ve vysokonapěťových systémech jsou póly běžně zapojovány sériově, aby se napětí oblouku rozdělilo mezi několik kontaktních bodů, což umožňuje malému jističi bezpečně zvládat zátěž.

Trvanlivost vůči životnímu prostředí a bezpečnost materiálů

Vliv instalačního prostředí je jedním z nejdůležitějších aspektů, které obvykle ve specifikacích chybí. Solární izolátory a jističe nefungují v klimatizovaných serverovnách, ale v náročných podmínkách.

• Rozsah teplot: Normální provozní teplota robustních DC jističů by se měla pohybovat mezi -40 °C a 60 °C. Jističe by měly být odlehčeny, pokud okolní teploty překročí tento rozsah, aby se zabránilo nežádoucímu vypnutí.
• Normy hořlavosti: Protože hlavním úkolem je prevence požáru, měl by být materiál krytu ohnivzdorný. Specifikace musí být v přísném souladu s normami UL 94V-0 až UL 94V-2, podle kterých musí být skříň krytu samozhášivá v případě selhání vnitřních součástí.

Dimenzování a výpočet (Jak vypočítat proud)

Podle Národního elektrotechnického předpisu (NEC) a obecných osvědčených technických postupů by jistič neměl běžet nepřetržitě na 100 % svého jmenovitého výkonu.

Vzorec pro výpočet:

Pro určení minimálního jmenovitého proudu pro váš jistič (Ibreaker) musíte použít bezpečnostní faktory. PV Zkratový proud pole (Isc).

Zjednodušený:

Příklad:

Pokud máte řetězec panelů s Isc 10A:

Měli byste zaokrouhlit nahoru na nejbližší standardní velikost, což by byl 20A DC jistič.

Proč zvolit BENY Jistič

Na trhu zaplaveném generickými komponenty, BENY je výrobcem zaměřeným konkrétně na složitosti stejnosměrné solární ochrany. Rozdíl nespočívá v marketingu, ale v technické preciznosti.

S více než 30 lety zkušeností v oboru BENY techniků jističe solárního systému které překlenují propast mezi nákladovou efektivitou a odolností průmyslové úrovně. Naše řešení jsou navržena tak, aby zvládla celé spektrum PV požadavky – od systémů 12 V do 1500 V – s podporou vysoce zatížitelných proudů až 630 A s minimálními ztrátami energie.

Bezpečnost je nedílnou součástí naší filozofie „Vyrobeno pro dlouhou životnost“. Každý jistič je vybaven pokročilými bariérami pro potlačení oblouku a vypínací schopností 6 kA pro okamžitou neutralizaci poruch. Praktické instalační problémy řešíme nepolarizační konstrukcí, která eliminuje chyby v zapojení, a robustním krytím IP65, které je testováno pro extrémní klimatické podmínky od -40 °C do 85 °C.

S 5letou zárukou a nepřetržitou globální podporou, výběr BENY znamená zabezpečení vaší infrastruktury s partnerem, který se zavázal k bezkompromisní bezpečnosti a dlouhé životnosti.

Závěr

Investice do fotovoltaiky má tichý chránič, solární jistič. Zatímco panely vytvářejí hodnotu, jističe ji udržují. Přechod na složitější komerční vysokonapěťové panely, na rozdíl od jednoduchých rezidenčních systémů, vyžaduje změnu našeho přístupu k výběru komponent.

Měli bychom přestat považovat jističe za komodity a začít je považovat za důležité bezpečnostní prvky. Pro lepší pochopení si přečtěte Páteř elektrické bezpečnosti: DC jističe a jejich významInstalatéři si mohou zajistit spolehlivost systémů tím, že zohlední jedinečnou fyziku stejnosměrných oblouků, přiřadí jističe k jejich příslušným oblastem použití, jako jsou slučovací skříně k bateriovým blokům, a zohlední přísné environmentální normy a jmenovité proudy.

Jističe jsou vysoce profilovaným štítem, který mnoho systémů potřebuje. Při dodržování správných pokynů pro zapojení, bezpečnostních opatření a údržby zajišťují dlouhodobou kvalitu fotovoltaického panelu.

Pro jednotlivce, kteří chtějí mít silná, certifikovaná a navržená řešení ochrany stejnosměrného proudu, BENY nabízí hardware, který potřebují k bezpečné a efektivní výstavbě solárních systémů zítřka.

FAQS

Otázka: Jaký typ jističe se používá pro solární panely?

A: Pro ochranu solárních panelů musíte použít specializovaný jistič, obvykle jistič stejnosměrného proudu. Nepoužívejte standardní domácí jističe střídavého proudu. Stejnosměrný proud vytváří nepřetržité oblouky, které je obtížnější uhasit než střídavý proud. Solární jističe (jako jsou jističe stejnosměrného proudu) MCBy nebo MCCBs) mají specifické zhášecí komory a magnetické mechanismy určené k bezpečnému přerušení těchto vysokonapěťových stejnosměrných oblouků a zabránění požáru.

Otázka: Potřebuji jistič mezi solárním panelem a střídačem?

A: Ano. Mezi solární panely je vyžadován jistič (nebo DC izolátor). PV pole a střídač.. Plní dvě zásadní role: chrání vstup střídače před elektrickými přepětími nebo zkraty a poskytuje bezpečný fyzický odpojovací bod pro personál údržby, aby mohl provádět servis systému bez manipulace s vodiči pod napětím.

Otázka: Kam umístit jistič v solárním systému?

A: Jističe by měly být instalovány ve třech kritických ochranných zónách:

• Rozvaděč stejnosměrného proudu: Pro ochranu stejnosměrných zátěží, jako jsou LED světla nebo čerpadla.
• PV Kombinační krabice: Pro ochranu jednotlivých solárních řetězců před zpětným proudem.
• Baterie: Mezi baterií a střídačem (obvykle se jedná o největší jistič).