Päikesesüsteemi kaitselülitite tüübid ja rakendused: täielik juhend

Sissejuhatus

Kaasaegse päikeseenergiasüsteemi projekteerimisel on rõhk sageli energiatootmisel – paneelide efektiivsusel ja inverterite konversioonimääradel. Sellest hoolimata põhineb iga päikeseenergiaseadme majanduslik ja töökindlus selle kaitsemeetmetel. Päikesesüsteemi ohutuskaitselüliti on selle ohutusarhitektuuri tuum, pakkudes süsteemi omanikele meelerahu.

Päikesepaneel ei ole lihtsalt generaator, vaid see on pingestatud kõrgepinge alalisvoolu (DC) elektrijaam, mis on paigaldatud elamute katustele või tööstusväljadele. Kaitsenõuded suurenevad koos süsteemi võimsusega. Tugeva kaitse vajadus on kõikjal, olgu selleks siis vooluahelate kaitse... PV kombinaatorkarp, kuhu võimsus on koondatud, või alalisvoolu koormuspaneelide mitme väljundi juhtimine, kus majaomanikud kasutavad otse alalisvoolu.

Selle alalisvooluülekande ohud, nimelt püsiv kaarleek ja elektriohud, ei ole samad, mis tavalistel vahelduvvooluvõrkudel. Seega ei ole iga lahenduse, olgu see siis ühenduskarbid või peajaotus, vooluringi kaitse valik kergemeelne lisatarviku valik; see on oluline insener-tehniline arvutus.

See juhend on päikesekaitselülitite tüüpide, nende konkreetse kasutamise fotogalvaanilise süsteemi topoloogias ja nende sobivaks suuruse määramiseks vajaliku matemaatilise mudeli põhjalik uurimine.

Mis on päikesesüsteemi kaitselüliti?

Päikesesüsteemi kaitselüliti on automaatne kaitseseade, mida kasutatakse elektriahelate kaitsmiseks ülekoormuse või liigvoolust tingitud lühise tõttu tekkivate kahjustuste eest. Kaitselüliti on vastupidav lülitusseade, erinevalt lihtsast kaitsmest, mis töötab ainult üks kord ja tuleb välja vahetada. Pärast vea leevendamist saab selle taaskäivitada (käsitsi või automaatselt), et jätkata normaalset tööd.

Fotogalvaanika (PV) puhul on alalisvoolukaitselülitil kaks peamist eesmärki:

• Isolatsioon ja lülitamine: See pakub käsitsi lahtiühendamise punkti, mis võimaldab hoolduspersonalil seadme ohutult isoleerida. PV paneelide massiivi, akupanga või päikesepaneelide inverteri töötamist ilma pingestatud pinge ohuta. See on eriti oluline süsteemides, mis kasutavad trafo isoleerivaid invertereid. Selliste konstruktsioonide puhul nõuavad inseneristandardid tavaliselt kahepooluselist alalisvoolukaitselülitit, mille voolu piiramise võime on vähemalt 1.25 korda suurem kui päikesepaneeli lühisvool (Isc). PV massiivi ja 1.2-kordse päikesepaneelide tühikäigupinge (Voc) PV massiiv.
• Ülevoolukaitse: See on termiline ja magnetiline kilp. Kui vooluringis voolav vool on rikke või juhtmestiku vea tõttu suurem kui nimivool, rakendub kaitselüliti, katkestades vooluringi, et juhtmete isolatsioon ei sulaks ja seade ei rikkeks täielikult.

On vaja eristada a DC isolaator ja alalisvoolu kaitselüliti. Kuigi isolaatorit saab kasutada vooluahela katkestamiseks selle säilitamiseks, ei taga see tingimata automaatset ülekoormuskaitset. Kaitselüliti pakub vajalikku isolatsiooni, nagu eespool mainitud, ja aktiivset rikkekaitset.

Päikesesüsteemi kaitselüliti vs tavaline vahelduvvoolukaitselüliti: miks see erinevus on oluline

Vahelduvvoolu (AC) kaitselülitite asendamine alalisvooluga (DC) on päikesepaneelide paigaldamisel üks levinumaid ja ohtlikumaid vigu. Treenimata silmale tunduvad seadmed sarnased, kuid füüsikule või elektriinsenerile eksisteerivad nad radikaalselt erinevates olukordades.

Kõige olulisem erinevus on nullpunkti ületamise fenomen.

• Vahelduvvoolu reaalsus: Vahelduvvool vahetab polaarsust 50 või 60 korda sekundis (hertsides). Selle tsükli jooksul langeb pinge nullvoldini 100 või 120 korda sekundis. Kui vahelduvvoolu kaitselüliti rakendub ja kontaktide vahele tekib elektrikaar, tekib see nullpinge punkt loomulikult ja see aitab kaaret kustutada.
• DC oht: Alalisvool on pidev pinge ilma nullpunktideta. Kui proovite avada vooluringi kõrgepinge alalisvooluga, siis kaar ei kustu iseenesest. Selle asemel muutub see kauakestvaks plasmasillaks, mis tekitab tohutult soojust (tuhandeid Celsiuse kraadi).

Kui päikesepaneelide alalisvooluahelas kasutatakse tavalist vahelduvvoolukaitselülitit, ei pruugi see rakendumisel kaarlahendust katkestada. See põhjustab kontaktkeevitust, mille korral kaitselüliti sulab ja ei ava voolu või hävib kaitselüliti korpus täielikult, mis sageli põhjustab elektrilöögi.

Seega on päikesepaneelidel töötavad alalisvoolukaitselülitid konstrueeritud keerukate kaarekustutuskambritega. Need kasutavad magnetilisi väljapuhkemähiseid kaare füüsiliseks venitamiseks ja selle surumiseks „kaarekanalitesse“, kus see jaotatakse ja kiiresti jahutatakse. Alalisvoolukoormuste puhul on kohustuslik ohutusmeede kasutada spetsiaalset alalisvoolukaitselülitit, mitte loota vahelduvvoolu sisendkaitselülitite paneelile.

Päikesesüsteemi kaitselülitite peamised tüübid

Päikesekaitse on otseselt proportsionaalne energiatihedusega. Turul on saadaval nii väikesed kaitselülitid nagu 15-amprised elamute juhtmestiku jaoks kui ka 6000-amprised jaotusseadmed kommunaalteenuste infrastruktuuri jaoks.

Kuigi funktsionaalselt võib kõige levinumad kaitselülitite tüübid jagada standardseteks, maandusrikkekaitselülititeks ja AFCI (Kaarleegi rikke) tüüpide puhul, millel igaühel on kindel kaitsefunktsioon, määravad insenerid peamise valiku süsteemi suuruse ja seadme füüsilise konstruktsiooni põhjal. Riistvarahierarhia jaguneb kolmeks laiemaks struktuurikategooriaks:

Kaitselüliti tüüp	Tüüpiline voolutugevus	Pinge reiting	Võimsuse purunemine	Peamine rakendusstsenaarium
DC MCB	1A - 125A	Kuni 1000 V DC	Madal kuni keskmine (nt 6 kA)	Elamute katused, PV Kombinaatorkarbid, stringikaitse.
DC MCCB	63A - 1600A	Kuni 1500 V DC	Kõrge (20 kA – 50 kA)	Kommertspaneelid, kesksed inverterid, aku pealüliti.
ACB / BESS	2000A - 6300A	Kuni 1500 V DC	Väga kõrge (vaakum/õhk)	Päikeseelektrijaamad, võrgutasemel energia salvestamine (BESS).

DC MCB (miniatuurne kaitselüliti)

Madalama voolutugevusega rakendustes kasutatakse alalisvoolu miniatuurset kaitselülitit (MCB) on enamasti asendanud vanemad 20- või 30-amprised kaitsmed, mida kasutati vanemates paralleelpaneelide paigaldistes. Need seadmed on konstrueeritud väikesteks ja modulaarse disainiga, mis on mõeldud paigaldamiseks standardsetele DIN-rööbastele, mistõttu on need vaikevalik PV Kombineeritud karbid ja elamute jaotuskilbid.

• Inseneri ulatus: MCBTavaliselt on s nimivoolutugevus 125 A ja alalispinge 1000 V.
• Mehhanism: Need kasutavad termomagnetilist kahetoimelist kaitsemehhanismi. Termoelementi kasutatakse aeglaste ja pikaajaliste ülekoormustega toimetulekuks, magnetilist elementi aga ühenduse koheseks katkestamiseks suure voolutugevusega lühise korral, et kaitsta üksikuid päikesepaneele või hübriid-inverteri sisendeid.

DC MCCB (Valatud korpuse kaitselüliti)

Kui voolutugevus ületab elamute, äri- ja tööstuslike päikesesüsteemide ning tööstusliku (C&I) vahemiku piirangu, siis MCB on saavutatud. Sellisel juhul on vormitud korpusega kaitselüliti (MCCB) on nõutav standard. Need seadmed on palju suuremad ja vastupidavamad, paigutatud tugevasse vormitud isoleerivasse korpusesse ning on mõeldud poltidega kinnitamiseks, et taluda suure võimsusega lülitamise mehaanilisi jõude.

• Inseneri ulatus: MCCBRaskete raskuste tõstmiseks kasutatakse lülitid, mille nimivool on tavaliselt vahemikus 63 A kuni 1600 A ja millel on suur lahutusvõime (nt 20 kA kuni 50 kA).
• Kasu: Erinevalt fikseeritud sätetest MCB, palju MCCBneil on reguleeritavad väljalülitusseaded. See võimaldab inseneridel kaitsekõverat kohandada vastavalt suurte koormusomadustele. PV massiivid või akupangad, mis on tsentraalsete inverterite peamine lahtiühendaja.

ACB ja BESS Kaitselülitid (kõrgepinge/tööstus)

Õhklülitid (ACB) on kasutusel elektrijaamade tipptasemel, mis hõlmab suuri elektrijaamu ja akutoitel põhinevaid energiasalvestussüsteeme (BESS), et juhtida alalisvoolu spektri ülemist otsa. Need ei ole lihtsalt lülitid, vaid keerulised kaarkustutussüsteemid, mis kasutavad suruõhu- või vaakumtehnoloogiat.

BESS Spetsialiseerumine: Standardsed vahelduvvoolukaitselülitid ei ole salvestamise kontekstis alati piisavad. Liitiumioonakude riiulite tekitatavate tohutute lühisvoolude ületamiseks on vajalikud kiired alalisvoolukaitselülitid. Need seadmed peavad reageerima millisekundites, et vältida katastroofilist termilist läbimurret.

Inseneri ulatus: Suudab taluda tuhandeid ampreid (2000 A – 6300 A).

Rakendused: Kuhu paigaldada päikesesüsteemi kaitselüliti PV süsteemid

Päike PV Süsteemi tuleb kaitsta energiavoo loogika erinevates punktides. Kaitselülitite vale paigutus või vahelduv- ja alalisvooludomeenide eraldatuse puudumine paljastab süsteemi haavatavad osad. Seega selgitame välja kaitselülitite kasutamise neljas olulises valdkonnas.

PV Massiivi kombineerija kast (stringi kaitse)

Kombinaatorkast on esimene kaitsepunkt mitme stringi süsteemides, kus mitme paneelide stringi kombinatsioon moodustatakse üheks väljundiks. Enne ühendamist on alalisvoolu... MCB tuleks paigaldada iga nööri otsa. See positsioneerimine on oluline eelkõige olemasoleva suunatuse probleemi lahendamiseks, nagu on sätestatud ohutusmeetmetes.

Kui üks stringidest on varjus või rikkega, võivad teised stringid sinna vastassuunas voolu suunata. Nagu mainitud, põhjustaks juhuslik suunamuutus tõsiseid ohutusprobleeme ja kahjustaks päikesepatareid. Kuigi kaitselüliti ei suuna aktiivselt voolu, on see vajalik kaitse ohtlike tagasisidevoolude eest, mis vastasel juhul võivad põhjustada tulekahju ja moodulitele pöördumatuid kahjustusi.

Akupanga kaitse

Energia salvestamise osas on akupanga ja inverteri/laadija vaheline liides kogu süsteemi kõige keerulisem vooluülekande ala. See osa võimaldab maksimaalset voolutugevust ja tugevat alalisvoolu. MCCB või kõrge hinnanguga MCB on nõutud.

Siin on kaitselüliti, mis mitte ainult ei kaitse jämedaid akukaableid ülevoolust tingitud termilise läbimurde eest, vaid mis veelgi olulisem, pakub ohutut füüsilist lahtiühendamise meetodit. See isolatsioon võimaldab hoolduspersonalil akupanga kallal töötada ilma eluohtliku alalispingega kokku puutumata.

Peamine inverteri sisend (alalisvoolu jaotus)

Peamise inverteri sisendi kaitse mängib kriitilise lüüsi rolli alalisvoolu genereerimise ja vahelduvvoolu muundamise vahel. See kaitselüliti paikneb kombinaatori väljundi ja inverteri sisendi vahel ning toimib kogu genereerimise poole peamise alalisvoolulülitina. See ei teosta mitte ainult ülevoolukaitset, vaid kaitseb ka inverteri tundlikku sisemist võimsuselektroonikat väliste pingehüpete eest ja pakub tsentraliseeritud isolatsioonipunkti kogu alalisvoolu jaotussüsteemile.

Alalisvoolu koormuse jaotus (elamute alalisvooluahelad)

Lõpuks on tarbimispoolel teatud rakendused, eriti majaomanike puhul, kes kasutavad efektiivsuse saavutamiseks otse alalisvoolu. Selle tugevdamiseks peavad paigaldajad paigaldama eraldi jaotuskilbid (kaitsmekarbid) spetsiaalsete kaitselülititega, mis erinevad rangelt vahelduvvoolupaneelidest.

See on vajalik olukordades, kus seadmed, näiteks LED-lambid, vajavad töötamiseks pidevat alalisvoolu. Kuna need seadmed vajavad kindlat toitekeskkonda, kasutatakse nende tundlike koormuste kaitsmiseks alalisvoolukaitselülitid. Need tagavad, et toidet hoitakse nõuetekohaselt kontrolli all ja et igasugune ülekoormus valgustusahelas isoleeritakse võimalikult kiiresti, ilma et see mõjutaks põhisüsteemi.

Päikesesüsteemi kaitselüliti valimisel arvestage teguritega

Päikesepaneelide kaitselülitite valik PV Süsteemid on uurimisvaldkond, mida sageli paneeli- või invertervalikute kasuks eiratakse. Kuid hooletus sel juhul on kulukas. Halvasti valitud kaitselüliti läheb sageli termilise võimsuse languse tõttu rikki, põhjustades ülekuumenemiskahjustusi ja halvimal juhul süsteemi tulekahju.

Kaitselüliti valik ei ole õnnemäng, vaid spetsifikatsioonide vastavusse viimine süsteemi töötingimustega.

Pinge reitingud ja regulatiivsed standardid

Kaitselüliti pinge nimiväärtus peaks olema suurem kui kaitselüliti maksimaalne tühikäigupinge (Voc). PV massiivi, kuid madalaima eeldatava temperatuuri juures. Lisaks peab valik olema kooskõlas inverteri topoloogia ja tööstusstandarditega, sh UL508i ja IEC60947-3.

• 600 V alalisvool (UL508i): See on ühefaasilisi invertereid kasutavate elamute paigaldiste standardspetsifikatsioon.
• 1000 V alalisvool (IEC60947-3): Ärihoonete katusepaigaldus ja kolmefaasiline inverter standardvarustuses.
• 1500 V DC: Tsentraliseeritud inverterite ja suuremahuliste päikesepaneelide praegune standard. Kõrgem pinge minimeerib kaablikadusid, kuid nõuab parema isolatsiooni ja kaarleegi taluvusega kaitselülitite kasutamist.

Posti konfiguratsioon vs stringide arv

Pooluste konfiguratsioon on otseselt proportsionaalne isolaatoris olevate stringide arvuga. Üks olulisemaid alalisvooluisolatsiooni põhimõtteid on see, et kõik pingestatud juhid tuleb samaaegselt pingestamata jätta.

• 2P (kahepooluseline): Ühe stringi (nii positiivse kui ka negatiivse katkestamise) standard. Seda saab kasutada tüüpiliste stringi-inverteritega, milles muundurina kasutatakse ühte maksimaalse võimsuspunkti jälgijat (MPPT).
• 4P (neljapooluseline): See on vajalik kahe stringi samaaegsel kasutamisel või kõrgepingesüsteemides (1000 V/1200 V). Kõrgepingesüsteemides ühendatakse postid tavaliselt järjestikku, et jagada kaarepinge mitme kontaktpunkti vahel, võimaldades väikesel kaitselülitil koormust ohutult käsitseda.

Keskkonnakindlus ja materjaliohutus

Paigalduskeskkonna mõju on üks olulisemaid aspekte, mis spetsifikatsioonilehtedel tavaliselt puudub. Päikeseisolaatorid ja kaitselülitid ei tööta kliimaga kontrollitud serveriruumides, vaid karmides tingimustes.

• Temperatuuri vahemik: Tugevate alalisvoolukaitselülitite normaalne töötemperatuur peaks olema vahemikus -40 °C kuni 60 °C. Kaitselülitite nimivõimsust tuleks alandada, kui ümbritseva õhu temperatuur on sellest vahemikust kõrgem, et vältida soovimatut rakendumist.
• Tuleohtlikkuse standardid: Kuna peamine ülesanne on tulekahju ennetamine, peaks korpuse materjal olema tulekindel. Spetsifikatsioonid peavad olema rangelt kooskõlas standarditega UL 94V-0 kuni UL 94V-2, mille kohaselt peab korpuse karp olema sisemise komponendi rikke korral isekustuv.

Suuruse ja arvutamise kriteeriumid (kuidas arvutada voolutugevust)

Riikliku elektrikoodeksi (NEC) ja üldiste inseneripraktikate kohaselt ei tohiks kaitselüliti pidevalt töötada 100% nimivõimsusel.

Arvutusvalem:

Kaitselüliti minimaalse voolutugevuse määramiseks (Ikaitselüliti) peate rakendama ohutustegureid PV massiivi lühisvool (Isc).

Lihtsustatud:

Näide:

Kui teil on paneelide jada, mille Isc on 10 A:

Peaksite ümardama lähima standardsuuruseni, mis oleks 20 A alalisvoolukaitselüliti.

Miks valida BENY kaitselüliti

Geneeriliste komponentidega üle ujutatud turul BENY tähistab tootjana, mis keskendub spetsiaalselt alalisvoolu päikesekaitse keerukusele. Erinevus ei seisne turunduses, vaid tehnilises täpsuses.

Üle 30-aastase tööstuskogemusega, BENY insenerid päikesesüsteemi kaitselülitid mis ühendavad kulutõhususe ja tööstusliku vastupidavuse. Meie lahendused on loodud käsitlema kõiki PV nõudmised – 12 V kuni 1500 V süsteemid – toetades kuni 630 A suuri koormusvoolusid minimaalse energiakaduga.

Ohutus on meie filosoofia „Ehitatud kestma“ lahutamatu osa. Igal kaitselülitil on täiustatud kaarlahenduse tõkked ja 6 kA lahutusvõime, mis neutraliseerib rikkeid koheselt. Lahendame praktilisi paigaldusprobleeme mittepolariseeritud disainiga, mis välistab juhtmestikuvead, ja vastupidavate IP65 kaitsekatetega, mis on testitud toimima äärmuslikes kliimatingimustes temperatuurivahemikus -40 °C kuni 85 °C.

5-aastase garantii ja ööpäevaringse ülemaailmse klienditoega, valides BENY tähendab teie infrastruktuuri turvamist partneriga, kes on pühendunud kompromissitule ohutusele ja pikaealisusele.

Järeldus

Fotogalvaanilisel investeeringul on vaikne kaitselüliti – päikesepaneelide kaitselüliti. Kui paneelid loovad väärtust, siis kaitselülitid seda säilitavad. Üleminek keerukamatele kõrgepinge ärilistele paneelidele, erinevalt lihtsatest elamusüsteemidest, nõuab meie suhtumise muutmist komponentide valikusse.

Me peaksime lõpetama kaitselülitite käsitlemise kaubaartiklitena ja käsitlema neid oluliste ohutusvahenditena. Selle paremaks mõistmiseks lugege Elektriohutuse selgroog: alalisvoolu kaitselülitid ja nende tähtsusPaigaldajad saavad süsteemide töökindluse tagada, arvestades alalisvoolukaarleekide ainulaadset füüsikat, kaardistades kaitselülitid vastavalt nende rakendusaladele, näiteks ühenduskarbid akupankadega, ning arvestades rangeid keskkonnastandardeid ja voolutugevuse nimiväärtusi.

Kaitselülitid on paljude süsteemide jaoks vajalik kõrge profiiliga kilp. Kui järgitakse õigeid juhtmestikujuhiseid, ohutusmeetmeid ja hooldust, tagavad need fotogalvaanilise paneeli pikaajalise kvaliteedi.

Inimestele, kes soovivad tugevaid, sertifitseeritud ja projekteeritud alalisvoolukaitselahendusi, BENY pakub riistvara, mida nad vajavad homsete päikesesüsteemide ehitamiseks – ohutult ja tõhusalt.

KKK

K: Millist tüüpi kaitselülitit päikesepaneelide puhul kasutatakse?

A: Päikesepaneelide kaitsmiseks peate kasutama spetsiaalset kaitselülitit, tavaliselt alalisvoolu kaitselülitit. Ärge kasutage tavalisi koduse vahelduvvoolu kaitselülitid. Alalisvool tekitab pidevaid kaare, mida on raskem kustutada kui vahelduvvoolu. Päikesekaitselülitid (nagu alalisvoolu MCBs või MCCBs) omavad spetsiaalseid kaarešandeid ja magnetilisi mehhanisme, mis on loodud nende kõrgepinge alalisvoolukaarte ohutuks katkestamiseks ja tulekahju vältimiseks.

K: Kas päikesepaneeli ja inverteri vahele on vaja kaitselülitit?

A: Jah. Päikesepaneeli kaitselüliti (või alalisvoolu isolaator) on vajalik paneeli ja paneeli vahel. PV Massiiv ja inverter... Sellel on kaks olulist rolli: see kaitseb inverteri sisendit elektrilöögi või lühiste eest ning pakub hoolduspersonalile ohutut füüsilist lahtiühendamispunkti süsteemi hooldamiseks ilma pingestatud juhtmeid puudutamata.

K: Kuhu päikesesüsteemis kaitselüliti paigaldada?

A: Kaitselülitid tuleks paigaldada kolme kriitilisse kaitsetsooni:

• Alalisvoolu jaotuskilp: Alalisvoolukoormuste, näiteks LED-tulede või pumpade kaitsmiseks.
• PV Kombineeriv kast: Üksikute päikesepaneelide kaitsmiseks vastuvoolu eest.
• Akupank: Aku ja inverteri vahel (see on tavaliselt suurim kaitselüliti).