تأکید در طراحی یک سیستم انرژی خورشیدی معاصر اغلب به سمت تولید انرژی - راندمان پنلها و نرخ تبدیل اینورترها - متمایل است. با این وجود، پایداری اقتصادی و عملیاتی هر تأسیسات خورشیدی مبتنی بر اقدامات حفاظتی آن است. قطع کننده مدار برای ایمنی سیستم خورشیدی، هسته اصلی این معماری ایمنی است و آرامش خاطر را برای صاحبان سیستم فراهم میکند.
یک سیستم خورشیدی فقط یک ژنراتور نیست، بلکه یک نیروگاه جریان مستقیم (DC) ولتاژ بالا و فعال است که روی پشت بامهای مسکونی یا مزارع صنعتی نصب میشود. الزامات حفاظتی با ظرفیت سیستم افزایش مییابد. لزوم یک حفاظت قوی در همه جا وجود دارد، چه حفاظت از مدارهای یک ... PV جعبه ترکیبی که در آن توان متمرکز است، یا کنترل خروجیهای چندگانه در پنلهای بار DC که در آن صاحبان خانه مستقیماً از جریان مستقیم استفاده میکنند.
خطرات این انتقال DC، یعنی قوس الکتریکی پایدار و خطرات الکتریکی، با خطرات شبکههای AC معمولی یکسان نیست. بنابراین، انتخاب حفاظت مدار - از هر راه حل، چه جعبههای ترکیبی و چه توزیع اصلی - یک انتخاب فرعی و بیاهمیت نیست؛ بلکه یک محاسبه مهندسی مهم است.
این راهنما بررسی دقیقی از انواع قطعکنندههای مدار خورشیدی، کاربرد خاص آنها در توپولوژی سیستم فتوولتائیک و مدل ریاضی مورد نیاز برای تعیین اندازه مناسب آنها ارائه میدهد.
قطع کننده مدار سیستم خورشیدی یک وسیله حفاظتی خودکار است که برای محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر آسیب ناشی از اضافه بار یا اتصال کوتاه ناشی از جریان اضافی استفاده میشود. قطع کننده مدار یک وسیله سوئیچینگ بادوام است، برخلاف فیوز ساده که فقط یک بار کار میکند و باید تعویض شود. پس از رفع خطا، میتوان آن را (به صورت دستی یا خودکار) مجدداً راهاندازی کرد تا به عملکرد عادی خود ادامه دهد.
یک قطع کننده مدار DC در مورد خاص فتوولتائیک (PV) دو هدف اصلی دارد:
نیاز به تمایز قائل شدن بین یک جداساز DC و یک قطع کننده مدار DC. اگرچه میتوان از یک ایزولاتور برای قطع مدار و حفظ آن استفاده کرد، اما لزوماً محافظت خودکار در برابر اضافه جریان را فراهم نمیکند. یک قطع کننده مدار، همانطور که در بالا ذکر شد، ایزولاسیون مورد نیاز و محافظت در برابر خطای فعال را ارائه میدهد.
جایگزینی بریکرهای جریان متناوب (AC) با جریان مستقیم (DC) یکی از رایجترین و خطرناکترین اشتباهات در نصب سیستمهای خورشیدی است. این دستگاهها از نظر افراد غیرمتخصص مشابه به نظر میرسند، در حالی که از نظر یک فیزیکدان یا مهندس برق، در واقعیتهای کاملاً متفاوتی وجود دارند.
مهمترین تفاوت، پدیده عبور از صفر (Zero-Crossing) است.
وقتی یک بریکر AC معمولی در مدار DC خورشیدی استفاده میشود، ممکن است نتواند قوس الکتریکی را در هنگام قطع قطع کند. این امر باعث جوش خوردگی تماسی میشود که در آن فیوزهای بریکر بسته میشوند و نمیتوانند جریان برق را قطع کنند یا باعث تخریب کامل محفظه بریکر میشود که اغلب باعث آتشسوزی الکتریکی میشود.
بنابراین، کلیدهای قطع جریان مستقیم خورشیدی با محفظههای پیچیده خاموشکننده قوس طراحی شدهاند. این کلیدها از کویلهای مغناطیسی برای کشش فیزیکی قوس و فشار دادن آن به داخل "کانالهای قوس" استفاده میکنند، جایی که قوس تقسیم و به سرعت خنک میشود. استفاده از یک کلید قطع جریان مستقیم اختصاصی به جای تکیه بر یک پنل کلید قطع جریان ورودی AC برای بارهای DC، یک اقدام ایمنی اجباری است.
محافظت در برابر خورشید مستقیماً با چگالی انرژی متناسب است. بازار دارای قطعکنندههای مدار به کوچکی ۱۵ آمپر برای استفاده در سیمکشی مسکونی و به بزرگی ۶۰۰۰ آمپر برای استفاده در زیرساختهای مقیاس بزرگ است.
اگرچه از نظر عملکردی، رایجترین انواع قطعکنندههای مدار را میتوان به استاندارد، GFCI (خطای زمین) و AFCI (خطای قوس) انواع، که هر کدام نقش حفاظتی خاصی را ایفا میکنند، مهندسان بسته به اندازه سیستم و طراحی فیزیکی دستگاه، انتخاب اصلی را تعیین میکنند. سلسله مراتب سختافزار به سه دسته ساختاری گسترده تقسیم میشود:
| نوع شکن | جریان نامی معمول | رتبه بندی ولتاژ | ظرفیت شکستن | سناریوی کاربرد اولیه |
| DC MCB | 1A - 125A | تا 1000 ولت DC | کم تا متوسط (مثلاً ۶ کیلوآمپر) | پشت بام منازل مسکونی، PV جعبههای ترکیبی، محافظ رشته. |
| DC MCCB | 63A - 1600A | تا 1500 ولت DC | بالا (20kA - 50kA) | آرایههای تجاری، اینورترهای مرکزی، کلید اصلی باتری. |
| ای سی بی / BESS | 2000A - 6300A | تا 1500 ولت DC | خیلی زیاد (خلاء/هوا) | مزارع خورشیدی در مقیاس صنعتی، ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه (BESS). |
در کاربردهای جریان پایینتر، کلید مینیاتوری DC (MCB) عمدتاً جایگزین فیوزهای قدیمیتر ۲۰ آمپر یا ۳۰ آمپر شده است که در نصب پنلهای موازی قدیمیتر استفاده میشدند. این واحدها کوچک طراحی شدهاند و دارای طراحی ماژولار هستند که برای نصب روی ریلهای استاندارد DIN طراحی شدهاند، به همین دلیل است که انتخاب پیشفرض در ... هستند. PV جعبههای ترکیبی و تابلوهای توزیع مسکونی.
هنگامی که آمپراژ از محدوده مسکونی فراتر رود و به سیستمهای خورشیدی تجاری و محدوده صنعتی (C&I) برسد، محدودیت ... MCB در این حالت، کلید قدرت با محفظه قالبی (MCCB) استاندارد مورد نیاز خواهد بود. این واحدها بسیار بزرگتر و محکمتر هستند، در یک محفظه عایقبندی شده قوی و قالبگیری شده قرار گرفتهاند و قرار است به صورت پیچ و مهره نصب شوند تا در برابر نیروهای مکانیکی سوئیچینگ پرقدرت مقاومت کنند.
قطع کنندههای مدار هوایی (ACB) در اوج مصرف برق استفاده میشوند، که نیروگاههای بزرگ و سیستمهای ذخیره انرژی باتری را پوشش میدهد (BESS) برای کنترل انتهای بالایی طیف جریان مستقیم. اینها فقط سوئیچ نیستند، بلکه سیستمهای پیچیده خاموشکننده قوس با فناوریهای هوای فشرده یا خلاء هستند.
BESS تخصص: ACB های استاندارد همیشه در زمینه ذخیره سازی کافی نیستند. قطع کننده های DC با سرعت بالا برای غلبه بر جریان های اتصال کوتاه عظیمی که رک های باتری لیتیوم-یونی می توانند ایجاد کنند، ضروری هستند. این واحدها باید در عرض چند میلی ثانیه پاسخ دهند تا از فرار حرارتی فاجعه بار جلوگیری شود.
دامنه مهندسی: قادر به تحمل هزاران آمپر (2000A - 6300A).
یک خورشیدی PV سیستم باید در نقاط مختلف منطق جریان انرژی محافظت شود. قرارگیری نامناسب بریکرها یا عدم جداسازی بین حوزههای AC و DC، بخشهای آسیبپذیر سیستم را در معرض خطر قرار میدهد. بنابراین، ما استفاده از بریکرها را در چهار حوزه حیاتی پایهریزی میکنیم.
جعبه کمباین اولین نقطه دفاعی در سیستمهای چند رشتهای است که در آن ترکیبی از چندین رشته پنل در یک خروجی تشکیل میشود. قبل از تجمیع، یک DC MCB باید در انتهای هر رشته نصب شود. این موقعیت به ویژه برای حل مشکل جهتگیری موجود، همانطور که در اقدامات ایمنی ذکر شده است، ضروری است.
وقتی یکی از رشتهها سایهدار میشود یا دچار نقص میشود، رشتههای دیگر میتوانند جریان را در جهت مخالف به آن وارد کنند. همانطور که گفته شد، تغییر جهت تصادفی باعث نگرانیهای جدی ایمنی و آسیب به سلولهای خورشیدی میشود. اگرچه یک بریکر به طور فعال جریان را هدایت نمیکند، اما محافظت لازم در برابر این جریانهای بازخورد خطرناک است که در غیر این صورت باعث آتشسوزی و آسیب جبرانناپذیر به ماژولها میشوند.
در بخش ذخیرهسازی انرژی، رابط بین بانک باتری و اینورتر/شارژر، چالشبرانگیزترین ناحیهی انتقال جریان در کل سیستم است. این بخش حداکثر جریان آمپراژ و جریان مستقیم قوی را فراهم میکند. MCCB یا امتیاز بالا MCB مورد نیاز است.
یک بریکر در اینجا گنجانده شده است، نه تنها برای محافظت از کابلهای باتری سنگین در برابر گرمای بیش از حد ناشی از اضافه جریان، بلکه شاید مهمتر از آن، برای ارائه یک روش فیزیکی و ایمن برای قطع اتصال. این ایزولاسیون به کارکنان تعمیر و نگهداری این امکان را میدهد که بدون قرار گرفتن در معرض ولتاژ DC فعال، روی بانک باتری کار کنند.
حفاظت ورودی اصلی اینورتر نقش دروازه حیاتی بین تولید DC و تبدیل AC را ایفا میکند. این بریکر بین خروجی جعبه کمباین و ورودی اینورتر قرار میگیرد و به عنوان سوئیچ اصلی DC در کل سمت تولید عمل میکند. این محافظ نه تنها محافظت در برابر اضافه جریان را انجام میدهد، بلکه از قطعات الکترونیکی حساس داخلی اینورتر در برابر نوسانات خارجی محافظت میکند و یک نقطه ایزوله متمرکز برای کل سیستم توزیع DC فراهم میکند.
در نهایت، کاربردهای خاصی در سمت مصرف وجود دارد، به خصوص برای صاحبان خانه که مستقیماً از جریان مستقیم برای دستیابی به راندمان استفاده میکنند. برای تقویت این امر، نصابها ملزم به نصب تابلوهای توزیع جداگانه هستند (جعبه های فیوز) با قطعکنندههای مدار اختصاصی، که کاملاً با پنل جریان متناوب متفاوت هستند.
این امر در شرایطی مورد نیاز است که وسایلی مانند لامپهای LED برای کار به جریان مستقیم دائمی وابسته باشند. از آنجایی که این دستگاهها به یک محیط برق خاص نیاز دارند، در این مورد از قطعکنندههای مدار DC برای محافظت از این بارهای حساس استفاده میشود. آنها اطمینان حاصل میکنند که منبع تغذیه به درستی بررسی میشود و هرگونه اضافه بار در مدار روشنایی در اسرع وقت و بدون تأثیر بر سیستم اصلی، ایزوله میشود.
انتخاب قطع کننده مدار در سیستم های خورشیدی PV سیستمها، حوزهای مطالعاتی است که اغلب به نفع گزینههای پنل یا اینورتر نادیده گرفته میشود. اما بیدقتی در این مورد پرهزینه است. یک بریکر (قطعکننده برق) ضعیف اغلب به دلیل افت حرارتی دچار خطا میشود و باعث آسیب ناشی از گرمای بیش از حد و در بدترین حالت، آتشسوزی سیستم میشود.
انتخاب بریکر یک بازی شانسی نیست، بلکه یکی از گزینههای همسو کردن مشخصات با شرایط کاری سیستم است.
ولتاژ نامی بریکر باید بیشتر از حداکثر ولتاژ مدار باز (Voc) دستگاه باشد. PV آرایه، اما در پایینترین دمای مورد انتظار. علاوه بر این، انتخاب باید مطابق با توپولوژی اینورتر و استانداردهای صنعتی از جمله UL508i و IEC60947-3 باشد.
پیکربندی قطبها مستقیماً با تعداد رشتههای موجود در ایزولاتور متناسب است. یکی از مهمترین اصول ایزولاسیون DC این است که همه هادیهای برقدار باید همزمان بیبرق شوند.
تأثیر محیط نصب یکی از مهمترین جنبههایی است که معمولاً در برگههای مشخصات فنی وجود ندارد. جداکنندهها و بریکرهای خورشیدی در اتاقهای سرور با دمای کنترلشده کار نمیکنند، بلکه در شرایط سخت کار میکنند.
طبق قانون ملی برق (NEC) و بهترین شیوههای مهندسی عمومی، یک مدارشکن نباید به طور مداوم با ۱۰۰٪ توان نامی خود کار کند.
فرمول محاسبه:
برای تعیین حداقل آمپر نامی برای بریکر (Ibreaker)، باید ضرایب ایمنی را اعمال کنید. PV جریان اتصال کوتاه آرایه (Isc).
ساده شده:
مثال:
اگر رشتهای از پنلها با Isc برابر با 10A دارید:
شما باید به نزدیکترین اندازه استاندارد، که یک بریکر 20A DC است، گرد کنید.
در بازاری که مملو از قطعات ژنریک است، BENY به عنوان تولیدکنندهای که به طور خاص بر پیچیدگیهای حفاظت خورشیدی DC تمرکز دارد، شناخته میشود. تمایز در بازاریابی نیست، بلکه در دقت مهندسی است.
با بیش از 30 سال تجربه در صنعت، BENY مهندسین کلیدهای مدار منظومه شمسی که شکاف بین بهرهوری هزینه و انعطافپذیری در سطح صنعتی را پر میکنند. راهکارهای ما برای مدیریت طیف کاملی از موارد طراحی شدهاند. PV تقاضاها - از سیستمهای ۱۲ ولت تا ۱۵۰۰ ولت - پشتیبانی از جریانهای سنگین تا ۶۳۰ آمپر با حداقل اتلاف انرژی.
ایمنی در ذات فلسفه «ساخته شده برای دوام» ماست. هر کلید قدرت دارای موانع پیشرفته برای سرکوب قوس و ظرفیت قطع 6kA برای خنثی کردن فوری خطاها است. ما چالشهای نصب عملی را با طراحی غیر قطبی که خطاهای سیمکشی را از بین میبرد و محفظههای مقاوم IP65 که برای عملکرد در آب و هوای بسیار سخت از -40 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد آزمایش شدهاند، حل میکنیم.
با ضمانت ۵ ساله و پشتیبانی جهانی ۲۴ ساعته، انتخاب BENY به معنای ایمنسازی زیرساختهای شما با شریکی است که به ایمنی و طول عمر بیچونوچرا متعهد است.
سرمایهگذاری فتوولتائیک دارای یک محافظ بیصدا، یعنی قطعکننده مدار خورشیدی است. در حالی که پنلها ارزش ایجاد میکنند، قطعکنندهها آن را حفظ میکنند. حرکت به سمت آرایههای تجاری ولتاژ بالای پیچیدهتر، برخلاف سیستمهای مسکونی ساده، مستلزم تغییر در نگرش ما نسبت به انتخاب قطعات است.
ما باید از در نظر گرفتن بریکرها به عنوان کالا دست برداریم و آنها را به عنوان داراییهای ایمنی مهم در نظر بگیریم. نصابها میتوانند با در نظر گرفتن فیزیک منحصر به فرد قوسهای DC، نگاشت بریکرها به حوزههای کاربردی مربوطه، مانند جعبههای کمباینرها به بانکهای باتری، و در نظر گرفتن استانداردهای سختگیرانه زیستمحیطی و رتبهبندیهای آمپر، از قابل اعتماد بودن سیستمها اطمینان حاصل کنند.
قطعکنندههای مدار، محافظهای قدرتمندی هستند که بسیاری از سیستمها به آنها نیاز دارند. هنگامی که دستورالعملهای صحیح سیمکشی، اقدامات ایمنی و نگهداری رعایت شوند، تضمین میکنند که کیفیت پنل فتوولتائیک برای مدت طولانی دوام خواهد داشت.
به افرادی که میخواهند راهکارهای محافظتی قوی، معتبر و مهندسیشدهی DC داشته باشند، BENY سختافزار مورد نیاز برای ساخت سیستمهای خورشیدی فردا - ایمن و کارآمد - را ارائه میدهد.
س: چه نوع قطع کننده مدار برای پنل های خورشیدی استفاده می شود؟
A: برای محافظت از پنل خورشیدی باید از یک بریکر مخصوص، معمولاً یک بریکر مدار DC، استفاده کنید. از بریکرهای AC خانگی استاندارد استفاده نکنید. برق DC قوسهای پیوستهای ایجاد میکند که خاموش کردن آنها سختتر از AC است. بریکرهای خورشیدی (مانند DC) MCBو یا MCCBدارای مجراهای قوس الکتریکی و مکانیسمهای مغناطیسی خاصی هستند که برای قطع ایمن این قوسهای DC ولتاژ بالا و جلوگیری از آتشسوزی طراحی شدهاند.
س: آیا بین پنل خورشیدی و اینورتر به قطع کننده مدار نیاز دارم؟
A: بله. یک قطع کننده مدار پنل خورشیدی (یا جداکننده DC) بین ... مورد نیاز است. PV آرایه و اینورتر... این قطعه دو نقش حیاتی ایفا میکند: ورودی اینورتر را از نوسانات الکتریکی یا اتصال کوتاه محافظت میکند و یک نقطه قطع فیزیکی ایمن برای پرسنل تعمیر و نگهداری فراهم میکند تا بدون دست زدن به سیمهای برقدار، سیستم را سرویس کنند.
س: در یک سیستم خورشیدی، بریکر را کجا قرار دهیم؟
A: بریکرها باید در سه منطقه حفاظتی بحرانی نصب شوند: