توضیح قطع کننده مدار خورشیدی: انواع، انتخاب و نکات نصب

قطع اتصال خورشیدی چیست و چرا حیاتی است؟

قطع‌کننده‌ی جریان خورشیدی، در ابتدایی‌ترین سطح خود، یک کلید است. یک کلید دستی و ساده. این کلید به صورت نامحسوس کار نمی‌کند: به معنای واقعی کلمه جریان برق بین دو نقطه را قطع می‌کند. این کار چندان دشوار نیست، بلکه مشکل در محل قرارگیری و دلیل نیاز به آن است. «چرا»ی آن، مسئله‌ی ایمنی عمیقی است. جریان مستقیم (DC) به محض قرار گرفتن پنل‌های خورشیدی در معرض نور تولید می‌شود. خورشید دکمه‌ی «خاموش» ندارد. این تولید بی‌وقفه، تهدیدی بزرگ و پایدار را ایجاد می‌کند.

به آتش‌نشانی از اداره آتش‌نشانی محلی فکر کنید که روی پشت‌بام تلاش می‌کند تا یک ساختمان در حال سوختن را تهویه کند. به تکنسینی فکر کنید که در حال تعمیر اینورتر است. به برق‌کار تاسیسات روی ترانسفورماتور در خیابان فکر کنید. همه این افراد نیاز به یک روش مطمئن، قابل تأیید و در دسترس برای قطع برق مدارهایی که قرار است با آنها تماس پیدا کنند، دارند. قطع برق خورشیدی این امکان را فراهم می‌کند. این یک عنصر غیرقابل انکار در تعمیر و نگهداری، اولین خط دفاعی در مواقع اضطراری مانند آتش‌سوزی و یک عنصر اجباری در هر سیستمی است که باید توسط یک مرجع ذیصلاح (AHJ) مطابقت داشته باشد و مقررات محلی را رعایت کند.

این موضوع نه به خاطر راحتی، بلکه به خاطر کنترل کامل است. این دستگاه‌ها طبق قانون ملی برق (NEC)، به ویژه در موادی مانند 690.13 و 690.15 که بسیار خاص هستند، الزامی هستند. نیروی اصلی، اصل ایزولاسیون الکتریکی است. یک تکنسین باید بتواند یک کلید را به صورت دستی باز کند، آن را در حالت "خاموش" قفل کند (رویه‌ای به نام Lockout/Tagout یا LOTO) و با علم به اینکه مدار قطع شده است، به کار خود ادامه دهد. در غیاب این، هر آرایه خورشیدی در هر زمان یک خطر جانی ولتاژ بالا است. این یک سهل‌انگاری طراحی نیست که فاقد آن باشد؛ بلکه یک نقص طراحی به شدت جدی است.

درک دو نوع اصلی: قطع برق AC در مقابل قطع برق DC

«قطع اتصال خورشیدی» اصطلاحی گیج‌کننده است، زیرا یک دستگاه واحد نیست. این اصطلاح به عنوان دو یا چند عنصر اساساً متفاوت تعریف می‌شود که نمی‌توان آنها را به جای یکدیگر استفاده کرد. عدم توانایی در تمایز قائل شدن بین آنها، یک اشتباه رایج و خطرناک است. اینورتر خط تقسیم است، دستگاهی که برق DC پنل‌ها را به برق AC برای خانه یا شبکه شما تبدیل می‌کند. یک قطع اتصال در سمت DC (قبل از اینورتر) و یک قطع اتصال در سمت AC (بعد از اینورتر) وجود دارد. آنها را نمی‌توان به جای یکدیگر استفاده کرد.

قطع برق AC: کلید ایمنی سمت شبکه

قطع کننده جریان متناوب (AC) بعد از اینورتر، بین اینورتر و پنل اصلی خدمات ساختمان یا اغلب، کنتور برق اصلی نصب می‌شود. این کار به نفع شما نیست، بلکه به نفع شرکت برق است که ذینفع اصلی آن است. وقتی یک برقکار باید شبکه را تعمیر کند، باید بدون هیچ شکی مطمئن شود که سیستم خورشیدی شما، که از نظر فنی یک نیروگاه مینیاتوری است، برق را به خطوطی که روی آن کار می‌کند، پس نمی‌زند. این یک اثر فوق‌العاده خطرناک است که به عنوان جزیره‌ای شدن شناخته می‌شود، که در آن سیستم شما هنوز در حال تأمین انرژی یک شبکه به اصطلاح "مرده" است. کلید ایمنی آنها قطع کننده جریان متناوب (AC) است. این کلید تقریباً همیشه یک کلید قفل شونده سنگین در یک محفظه ضد آب است. مقررات شرکت برق معمولاً ایجاب می‌کند که آن را در مکانی نصب کنید که همیشه در دسترس کارکنان آنها باشد، که معمولاً روی یک دیوار بیرونی نزدیک به کنتور برق اصلی شما است. این کلید مشخصات فنی دارد که به خروجی جریان متناوب اینورتر شما بستگی دارد و مانند سایر کلیدهای دارای رتبه خدمات AC، یک دستگاه نسبتاً ساده است.

قطع جریان مستقیم (DC)PV ایزولاتور): سوئیچ ایمنی سمت آرایه

قطع جریان مستقیم (DC) که به عنوان ... نیز شناخته می‌شود PV ایزولاتور یا قطع‌کننده آرایه، در طرف مقابل اینورتر قرار دارد. این قطعه بین خود پنل‌های خورشیدی (آرایه) و ورودی DC اینورتر قرار می‌گیرد. این قطعه برای هدفی کاملاً متفاوت در آنجا قرار دارد: محافظت از تجهیزات و تکنسینی که روی آن کار می‌کند. برای سرویس، تعمیر یا تعویض یک اینورتر مرکزی، لازم است که بتوان آن را با برق DC ولتاژ بالا که توسط سقف تأمین می‌شود، ایزوله کرد. این کار از نظر فنی کار دشواری است، زیرا قطع برق DC ولتاژ بالا بسیار دشوارتر و خطرناک‌تر از قطع برق AC است. برق DC، به ویژه در ولتاژ ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ ولت معمول آرایه‌های مدرن، تمایلی به قطع شدن ندارد. برخلاف موج سینوسی AC که ۱۲۰ بار در ثانیه از صفر ولت عبور می‌کند (که البته قوس را خاموش می‌کند)، DC یک جریان پیوسته و اجتناب‌ناپذیر از برق است که هیچ نقطه «عبور از صفر» برای تسهیل این قطع وجود ندارد. بنابراین، قطع یک مدار DC ولتاژ بالا، یک قوس پلاسمای پایدار با دمای بالا تشکیل می‌دهد. به همین دلیل است که اهمیت سوئیچ‌های ایزولاتور DC با کیفیت بالا و مخصوص را نمی‌توان بیش از حد ارزیابی کرد. این سوئیچ‌ها باید یک قطعه مهندسی بسیار تخصصی باشند، با دقت طراحی شوند تا برق DC ولتاژ بالای مداوم را دریافت کنند و با دستگاه‌های خاموش‌کننده قوس داخلی ساخته شوند تا این قوس خطرناک را به روشی ایمن و سریع خاموش کنند. قرار دادن یک سوئیچ AC در این مکان، فرمولی برای خرابی فاجعه‌بار است؛ سوئیچ هنگام بارگیری تمایل به جوش خوردن، ذوب شدن یا حتی انفجار دارد.

نحوه انتخاب قطع کننده خورشیدی مناسب برای سیستم شما

انتخاب قطع اتصال یک تخمین نیست. این یک تخمین دقیق از الزامات غیرقابل مذاکره آرایه شما و نیازهای محیط شماست. گرفتن تصمیم اشتباه یک خطای جزئی نیست؛ این طراحی سیستمی است که کار نمی‌کند یا سیستمی است که هنگام آزمایش به طرز چشمگیری از کار می‌افتد. این یک چک لیست سیستماتیک است و نه یک بازی حدس و گمان.

محاسبه ولتاژ نامی (Voc)

اول، ولتاژ. سوئیچ باید با حداکثر ولتاژی که آرایه شما می‌تواند تولید کند، ولتاژ نامی داشته باشد. این ولتاژ عملیاتی (Vmp) نیست، بلکه ولتاژ مدار باز (Voc) است که در برگه اطلاعات پنل خورشیدی شما ذکر شده است. برای به دست آوردن Voc رشته‌ای، باید Voc تمام پنل‌ها را در یک رشته سری جمع کنید. اما این همه ماجرا نیست. ولتاژ پنل‌های فتوولتائیک با کاهش دما افزایش می‌یابد. NEC بسته به کمترین دمای محیط پیش‌بینی‌شده در محل نصب شما، محاسبه تصحیح دما (NEC Table 690.7) را الزامی می‌کند. این Voc تنظیم‌شده برای هوای سرد، کمترین ولتاژ مورد نیاز شماست. یک آرایه ۶۰۰ ولتی اسمی در آب و هوای سرد می‌تواند به راحتی بالای ۷۰۰ ولت باشد و به یک سوئیچ با ولتاژ نامی ۱۰۰۰ ولت نیاز دارد، نه یک سوئیچ ۶۰۰ ولتی. در اینجا هیچ مصالحه‌ای امکان‌پذیر نیست، ولتاژ کمتر از مقدار نامی، خطر آتش‌سوزی بزرگی است.

تعیین میزان آمپراژ (Isc)

دوم، آمپراژ. سوئیچ باید طوری رتبه‌بندی شود که بتواند حداکثر جریانی را که ممکن است در معرض آن قرار گیرد، تحمل کند. این بر اساس جریان اتصال کوتاه (Isc) رشته‌های خورشیدی شما است. وقتی چندین رشته را به صورت موازی دارید (مثلاً در یک جعبه کمباین)، باید مقادیر Isc را جمع کنید. از آنجایی که مدارهای خورشیدی به عنوان منبع تغذیه‌ای در نظر گرفته می‌شوند که به طور مداوم کار می‌کند (یعنی می‌توانند حداقل سه ساعت یا بیشتر با قدرت کامل استفاده شوند)، NEC الزام می‌کند که ضریب ایمنی ۱.۲۵ (۱۲۵٪) برای حداکثر جریان مدار اعمال شود. آمپراژ قطع‌کننده شما نباید کمتر از ۱۲۵ درصد حداکثر جریان محاسبه شده باشد. این یک «پیشنهاد» نیست. جلوگیری از گرمای بیش از حد، تخریب قطعات و آتش‌سوزی یک الزام اساسی است. برای بررسی جامع‌تر گزینه‌های سخت‌افزاری، لطفاً راهنمای ما را در مورد کلید قطع DC.

فیوزدار در مقابل فیوزدار: به کدام نیاز دارید؟

این گزینه با توجه به طراحی سیستم و محل حفاظت اضافه جریان (OCPD) تعیین می‌شود.

• قطع بدون فیوز: این یک سوئیچ روشن/خاموش ساده است. هیچ گونه محافظتی در برابر اضافه جریان ارائه نمی‌دهد. این سوئیچ صرفاً با هدف ایزولاسیون به کار می‌رود. این سوئیچ در مواردی که OCPD در جای دیگری ارائه می‌شود، مناسب است. به عنوان مثال، قطع DC یک اینورتر رشته‌ای تک رشته‌ای اغلب بدون فیوز است، زیرا خود اینورتر محافظت لازم را فراهم می‌کند.
• قطع اتصال فیوز: این نوعی است که فیوزها در محفظه سوئیچ تعبیه شده‌اند. این نوع، محافظت و ایزولاسیون در برابر اضافه جریان را ارائه می‌دهد. این امر در سیستم‌هایی که دارای سه یا چند رشته موازی هستند که به یک جعبه ترکیبی تغذیه می‌شوند، ضروری است. رشته‌ها باید جداگانه فیوز شوند تا اطمینان حاصل شود که در صورت بروز خطا، در معرض جریان معکوس توسط رشته‌های دیگر قرار نمی‌گیرند. بین یک بانک باتری و یک اینورتر، ممکن است یک قطع‌کننده فیوز اصلی نیز مورد نیاز باشد.

فکر نکنید که یکی همیشه برتر است؛ آنها در اهداف طراحی مختلفی استفاده می‌شوند.

انتخاب محفظه صحیح (رتبه‌بندی NEMA/IP)

قطعات داخلی سوئیچ وقتی جعبه‌ای که آنها را در خود جای داده فرو می‌ریزد، بی‌فایده هستند. در آمریکای شمالی، محفظه توسط NEMA (انجمن ملی تولیدکنندگان برق) یا در سطح بین‌المللی توسط IP (حفاظت در برابر نفوذ) رتبه‌بندی می‌شود.

• NEMA 3R: این حداقل مقدار برای اکثر نصب‌های فضای باز است. در برابر آب و هوا مقاوم است و از بارش باران و تگرگ جلوگیری می‌کند.
• نما ۴ / ۴X: این یک پیشرفت بزرگ است. NEMA 4 ضد آب است، یعنی در برابر آب هدایت شده توسط شلنگ مقاوم است. این امر در مناطقی که باران توسط باد می‌وزد یا تجهیزات ممکن است اسپری شوند، ضروری است. 4X مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می‌کند و بنابراین در کاربردهای ساحلی، صنعتی یا کشاورزی ضروری است.
• رتبه بندی IP: IP65 در برابر گرد و غبار مقاوم و در برابر پاشش آب مقاوم است. IP66 در برابر پاشش آب با قدرت بالا مقاوم است. اینها معادل‌های بین‌المللی معمول برای حفاظت به سبک NEMA 4 هستند.

محفظه توسط محیط تعیین می‌شود. هنگام انتخاب یک محفظه با درجه‌بندی داخلی (NEMA 1) برای استفاده در محیط بیرونی، محفظه به دلیل نفوذ آب به سرعت خراب می‌شود.

برآورده کردن الزامات آیین‌نامه و صدور گواهینامه (NEC، UL، IEC)

در نهایت، هیچ مشخصاتی وجود ندارد که وقتی دستگاه توسط یک آزمایشگاه تست ملی شناخته شده (NRTL) تأیید نشده باشد، مهم باشد. این گواهینامه تنها تضمین مستقل شما است که سوئیچ واقعاً در شرایط خطای نامی خود عمل خواهد کرد. در ایالات متحده، این شامل جستجوی علامت UL (مثلاً UL 98 یا UL 508) است. در اروپا، این به معنای انطباق با IEC و علامت CE است. یک قطعه بدون مجوز و بدون فهرست، مسئولیت بزرگی محسوب می‌شود. این قطعه از بازرسی الکتریکی شما عبور نخواهد کرد، احتمالاً بیمه اموال شما را لغو خواهد کرد و گمانه‌زنی عمیق و غیرقابل قبولی در مورد ایمنی سیستم شما است. این یکی از نامناسب‌ترین مکان‌ها برای تلاش برای صرفه‌جویی در هزینه است.

همانطور که متوجه خواهید شد، انتخاب قطع‌کننده مناسب فقط به رتبه‌بندی‌های اولیه مربوط نمی‌شود. به طور خاص، گواهینامه‌ها و ویژگی‌های ایمنی غیرقابل مذاکره هستند. یک جداکننده DC با طراحی مناسب باید بتواند به سرعت قوس را سرکوب کند و هنگام بارگیری کاملاً قابل اعتماد باشد. در اینجا تولیدکنندگان حرفه‌ای حفاظت DC مانند BENY دانش تخصصی خود را به کار گیرند.

برای درک واضح‌تر اصول اولیه، به بررسی ما بپردازید راهنمای 101 برای قطع اتصال پنل خورشیدی برای اطلاعات بیشتر.

اشتباهات رایج در نصب سیستم قطع کن خورشیدی که باید از آنها اجتناب کرد

تئوری زیباست. عمل آشفته است. یک اتصال قطع‌شده‌ی خوب انتخاب‌شده ممکن است با یک نصب بی‌ملاحظه بی‌فایده یا حتی خطرناک شود. این معیارها به دلیلی سخت‌گیرانه هستند. موارد زیر شایع‌ترین و قابل پیشگیری‌ترین شکست‌ها هستند.

• قطبیت معکوس (قطع جریان مستقیم): این احتمالاً بدترین و خطرناک‌ترین اشتباه است. ترمینال‌های «خط» و «بار» برای سوئیچ ایزولاتور DC توصیه نمی‌شوند. منبع تغذیه (پنل‌های خورشیدی) باید به سمت «خط» متصل شود. دستگاه (اینورتر) باید به سمت «بار» متصل شود. این به این دلیل است که مکانیسم خاموش کردن قوس الکتریکی سوئیچ جهت‌دار است. معکوس کردن قطبیت این اقدام ایمنی مهم را بی‌اثر می‌کند و عملاً تضمین می‌کند که سوئیچ یا خودش را بسته نگه می‌دارد یا هنگام بارگیری به طرز فاجعه‌باری خراب می‌شود.
• موقعیت مکانی و دسترسی نامناسب: طبق قانون NEC، اتصالات باید «به راحتی قابل دسترسی» باشند. این به معنای دسترسی آسان با نردبان ۲۰ فوتی و نقشه نیست. این اتصالات باید در دسترس باشند، توسط تجهیزات مسدود نشده باشند و برای امدادگران یا تکنسین‌ها قابل مشاهده باشند. اتصالات خود را در اتاق زیر شیروانی، فضای خزنده یا پشت پنل پیچ و مهره‌ای پنهان نکنید. در مورد اتصالات برق شهری، به مقررات محلی شرکت برق مراجعه کنید که تقریباً همیشه مستلزم یک موقعیت مشخص در فضای باز نزدیک به کنتور هستند.
• گشتاور هادی نادرست: پیچ‌های ترمینال در یک سوئیچ مقدار مشخصی گشتاور بر حسب اینچ-پوند دارند که در کنار آنها یا در دفترچه راهنمای نصب چاپ شده است. «خوب و محکم» یک مشخصات فنی نیست. اگر خیلی شل باشد، یک نقطه با مقاومت بالا ایجاد می‌شود؛ این نقطه گرمای زیادی تولید می‌کند، عایق را ذوب می‌کند و آتش‌سوزی ایجاد می‌کند. اگر خیلی سفت باشد، رشته‌های هادی و خود پیچ ​​را می‌برید که باعث خرابی با مقاومت بالا نیز می‌شود. از یک آچار گشتاور کالیبره شده استفاده کنید. هر بار.
• کاربرد قطعات با ولتاژ AC در کاربردهای DC: این کار باید تکرار شود، زیرا مهلک‌ترین اشتباه یک آماتور است. یک کلید یا قطع‌کننده مدار DC، به ویژه PV ولتاژ بالا، نمی‌تواند روی یک کلید یا قطع‌کننده مدار AC موجود در فروشگاه لوازم خانگی کار کند. این کلید یا قطع‌کننده مدار، وسیله‌ای برای خاموش کردن قوس DC ندارد. کار نخواهد کرد. کار نخواهد کرد و احتمالاً باعث آتش‌سوزی خواهد شد. فقط باید از قطعاتی با ولتاژ و جریان DC و گواهینامه‌های مربوطه استفاده شود.
• مدیریت ضعیف محفظه: محفظه NEMA 4X وقتی سوراخ‌های ورودی لوله را در بالا سوراخ می‌کنید و آب را مستقیماً روی ترمینال‌ها هدایت می‌کنید، بی‌فایده خواهد بود. ورودی‌های لوله همیشه باید در طرفین یا بهتر است در پایین قرار گیرند. مطمئن شوید که همه هاب‌ها و اتصالات دارای رتبه NEMA و آب‌بندی خوبی هستند. برای اطمینان از راه‌اندازی بدون نقص، موارد زیر را بررسی کنید: توضیح قطع کننده مدار خورشیدی: انواع، انتخاب و نکات نصب.

نتیجه

قطع کننده مدار خورشیدی، در نهایت، یک دستگاه پیچیده با قوانین ساده است. این یک ضمیمه نیست، و همچنین بخشی نیست که بتوان در آن زاویه ایجاد کرد. این قطعه محافظ اصلی ایمنی سیستم شما، اموال شما و کارکنانی است که باید با آن سر و کار داشته باشند. از آنجایی که تفاوت بین انواع AC و DC آشکار است و محاسبه ولتاژ و آمپراژ نیاز به دقت دارد، تنها راه قابل قبول، دقت و تلاش است. الزامات NEC و UL کاغذبازی نیستند؛ آنها خلاصه‌ای از خرد تجربه هستند و اغلب با هزینه بسیار بالایی آموخته شده‌اند. با آنها به همین صورت رفتار کنید.

سوالات متداول