Aurinkopaneelijärjestelmän katkaisijoiden tyypit ja sovellukset: Täydellinen opas

esittely

Nykyaikaisen aurinkosähköjärjestelmän suunnittelussa painopiste on usein energiantuotannossa – paneelien hyötysuhteessa ja invertterien muunnosasteissa. Siitä huolimatta minkä tahansa aurinkosähköasennuksen taloudellinen ja toiminnallinen kestävyys perustuu sen suojaustoimenpiteisiin. Aurinkojärjestelmän turvallisuuden takaava katkaisija on tämän turvallisuusarkkitehtuurin ydin, joka tarjoaa mielenrauhaa järjestelmän omistajille.

Aurinkojärjestelmä ei ole pelkkä generaattori, vaan se on jännitteinen, korkeajännitteinen tasavirtavoimalaitos, joka on asennettu asuinrakennusten katoille tai teollisuusalueille. Suojausvaatimukset kasvavat järjestelmän kapasiteetin kasvaessa. Vahvan suojauksen tarve on kaikkialla, olipa kyseessä sitten virtapiirien suojaus... PV yhdistelmärasia, johon teho keskitetään, tai tasavirtakuormituspaneelien useiden lähtöjen ohjaus, joissa asunnonomistajat käyttävät suoraan tasavirtaa.

Tämän tasavirtasiirron vaarat, nimittäin jatkuva valokaaren muodostuminen ja sähkövaarat, eivät ole samoja kuin tavallisissa vaihtovirtaverkoissa. Näin ollen virtapiirin suojauksen valinta – olipa kyseessä sitten kytkentärasiat tai pääjakelu – ei ole kevytmielinen lisävarustevalinta; se on tärkeä tekninen laskelma.

Tämä opas on tarkka tarkastelu aurinkokatkaisijoiden tyypeistä, niiden erityisestä käytöstä aurinkosähköjärjestelmän topologiassa ja matemaattisesta mallista, jota tarvitaan niiden mitoitukseen sopivasti.

Mikä on aurinkokunnan katkaisija?

Aurinkopaneelijärjestelmän katkaisija on automaattinen suojauslaite, jota käytetään suojaamaan sähköpiirejä ylikuormituksen tai ylivirran aiheuttamilta oikosuluilta. Katkaisija on kestävä kytkinlaite, toisin kuin yksinkertainen sulake, joka toimii vain kerran ja on vaihdettava. Se voidaan käynnistää uudelleen (manuaalisesti tai automaattisesti) normaalin toiminnan jatkamiseksi virheen korjaamisen jälkeen.

DC-katkaisimella on kaksi päätarkoitusta aurinkosähkön (PV) erityistapauksessa:

• Eristäminen ja kytkentä: Se tarjoaa manuaalisen irtikytkentäpisteen, jonka avulla huoltohenkilöstö voi eristää laitteen turvallisesti. PV akustoa, akkupankkia tai aurinkoinvertteriä toimimaan ilman jännitteellisen jännitteen vaaraa. Tämä on erityisen tärkeää järjestelmissä, joissa käytetään muuntajaeristeinverttereitä. Näissä malleissa suunnittelustandardit vaativat yleensä kaksinapaisen tasavirtakatkaisijan, jonka virranrajoituskyky on vähintään 1.25 kertaa aurinkopaneelin oikosulkuvirta (Isc). PV ja 1.2 kertaa aurinkopaneelin avoimen piirin jännite (Voc) PV ryhmä.
• Ylivirtasuoja: Se on lämpö- ja magneettinen suoja. Kun piirin läpi kulkeva virta ylittää nimellisvirran vian tai johdotusvirheen vuoksi, sulake laukeaa ja katkaisee piirin varmistaakseen, että johtimien eristys ei sula eikä laite vikaannu vakavasti.

On tarpeen erottaa toisistaan DC-eristin ja tasavirtakatkaisija. Vaikka eristintä voidaan käyttää virtapiirin katkaisemiseen sen ylläpitämiseksi, se ei välttämättä tarjoa automaattista ylivirtasuojaa. Katkaisija tarjoaa edellä mainitun vaaditun eristyksen ja aktiivisen vikasuojauksen.

Aurinkopaneelijärjestelmän katkaisija vs. normaali vaihtovirtakatkaisija: Miksi ero on tärkeä

Vaihtovirtakatkaisijoiden (AC) korvaaminen tasavirralla (DC) on yksi yleisimmistä ja vaarallisimmista virheistä aurinkopaneelien asennuksessa. Laitteet näyttävät samankaltaisilta harjaantumattomalle silmälle, mutta ne toimivat täysin eri todellisuuksissa fyysikolle tai sähköinsinöörille.

Tärkein ero on nollapisteen ylityksen ilmiö.

• AC-todellisuus: Vaihtovirta vaihtaa napaisuutta 50 tai 60 kertaa sekunnissa (hertsiä). Tässä syklissä jännite laskee nollaan volttiin 100 tai 120 kertaa sekunnissa. Kun verkkovirtakatkaisija laukeaa ja koskettimien välille syntyy sähköinen valokaari, tämä nollajännitepiste syntyy luonnollisesti ja auttaa sammuttamaan valokaaren.
• DC:n vaara: Tasavirta on jatkuvaa jännitettä ilman nollakohtia. Kun yrität avata virtapiirin korkeajännitteisellä tasavirralla, valokaari ei sammu itsestään. Sen sijaan siitä tulee pitkäkestoinen plasmasilta, joka tuottaa valtavasti lämpöä (tuhansia celsiusasteita).

Kun tyypillistä vaihtovirtakatkaisijaa käytetään aurinkopaneelien tasavirtapiirissä, se ei välttämättä pysty katkaisemaan valokaarta laukaisun yhteydessä. Tämä aiheuttaa kosketushitsautumista, jossa katkaisijan sulakkeet sulkeutuvat eivätkä katkaise virtaa, tai se tuhoaa katkaisijan kotelon kokonaan, mikä usein aiheuttaa sähköpalon.

Siksi aurinkokennolla toimivissa tasavirtakatkaisijoissa on kehittyneet valokaaren sammutuskammiot. Näissä käytetään magneettisia puhalluskäämejä, jotka venyttävät fyysisesti valokaarta ja työntävät sen "valokouruihin", joissa se jakautuu ja jäähdytetään nopeasti. Tasavirtakuormien osalta on pakollinen turvatoimenpide käyttää erillistä tasavirtakatkaisijaa sen sijaan, että turvautuisimme vaihtovirtatulon katkaisijapaneeliin.

Aurinkojärjestelmän katkaisijoiden päätyypit

Aurinkosuoja on suoraan verrannollinen energiatiheyteen. Markkinoilla on niin pieniä kuin ketteriä 15 ampeerin katkaisijoita asuinrakennusten kaapelointiin kuin jopa 6000 ampeerin kojeistoja yleishyödyllisten infrastruktuurien käyttöön.

Vaikka toiminnallisesti yleisimmät katkaisijatyypit voidaan jakaa vakio-, GFCI (maasulkusuoja) ja AFCI (Valokaarivika)tyypeillä, joilla kullakin on oma suojausroolinsa, insinöörit määrittävät päävaihtoehdon järjestelmän koon ja laitteen fyysisen rakenteen perusteella. Laitteistohierarkia on jaettu kolmeen laajaan rakenteelliseen luokkaan:

Katkaisijan tyyppi	Tyypillinen virtaluokitus	Jännitearvot	Katkaisukyky	Ensisijainen sovellusskenaario
DC MCB	1A - 125A	Jopa 1000V DC	Matalasta keskitasoon (esim. 6 kA)	Asuinrakennusten katot, PV Yhdistinrasiat, johtojen suojaus.
DC MCCB	63A - 1600A	Jopa 1500V DC	Korkea (20 kA – 50 kA)	Kaupalliset akunkestosäätimet, keskusinvertterit, akun pääkytkin.
ACB / BESS	2000A - 6300A	Jopa 1500V DC	Erittäin korkea (tyhjiö/ilma)	Aurinkovoimalat sähköverkkojen mittakaavassa, energian varastointi (BESS).

DC MCB (Pienoisvirtakatkaisija)

Pienemmissä virtasovelluksissa DC-miniatyyrikatkaisija (MCB) on enimmäkseen korvannut vanhemmat 20- tai 30-ampeeriset sulakkeet, joita käytettiin vanhemmissa rinnakkaispaneeliasennuksissa. Nämä yksiköt on suunniteltu pieniksi ja niiden modulaarinen rakenne on suunniteltu asennettaviksi standardi-DIN-kiskoihin, minkä vuoksi ne ovat oletusvalinta PV Yhdistinlaatikot ja asuinrakennusten jakokeskukset.

• Tekninen laajuus: MCBs on yleensä mitoitettu 125 A:n virralle ja 1000 V:n tasavirralle.
• Mekanismi: Niissä käytetään lämpömagneettista kaksitoimista laukaisumekanismia. Lämpöelementtiä käytetään hitaiden ja pitkäkestoisten ylikuormitustilanteiden käsittelyyn, kun taas magneettielementtiä käytetään yhteyden välittömään katkaisemiseen suuren virran oikosulun sattuessa yksittäisten aurinkokennojen tai hybridi-invertteritulojen suojaamiseksi.

DC MCCB (Muotoiltu koteloitu katkaisija)

Kun virranvoimakkuus ylittää asuinrakennusten, kaupallisten aurinkojärjestelmien ja teollisuusjärjestelmien (C&I) alueen, rajoitus tulee voimaan. MCB saavutetaan. Tässä tapauksessa kompaktikatkaisija (MCCB) on vaadittu standardi. Nämä yksiköt ovat paljon suurempia ja tukevampia, ne on sijoitettu vahvaan, valettuun eristyskoteloon ja ne on tarkoitettu pulttikiinnityksiin kestämään suurtehokytkentälaitteiden mekaanisia voimia.

• Tekninen laajuus: MCCBs-liittimiä käytetään raskaiden nostojen suorittamiseen, ja niiden nimellisvirrat ovat yleensä 63 A ja 1600 A välillä ja niillä on korkea katkaisukyky (esim. 20 kA - 50 kA).
• Hyöty: Toisin kuin kiinteät asetukset MCB, monet MCCBniissä on säädettävät laukaisuasetukset. Tämä mahdollistaa insinöörien säätää suojauskäyrää suurten kuormitusominaisuuksien mukaan PV akustopaneeleita tai akkupankkeja, jotka ovat keskusinvertterien pääkatkaisija.

ACB ja BESS Katkaisijat (korkeajännite/teollisuus)

Ilmakatkaisijoita (ACB) käytetään sähkölaitosten huipulla, joka kattaa suuret voimalaitokset ja akkukäyttöiset energian varastointijärjestelmät (BESS), ohjaamaan tasajännitteen yläpäätä. Nämä eivät ole pelkkiä kytkimiä, vaan monimutkaisia ​​valokaaren sammutusjärjestelmiä, joissa käytetään paineilma- tai tyhjiötekniikkaa.

BESS erikoistuminen: Tavalliset tasavirtasuojakytkimet eivät aina riitä varastoinnin yhteydessä. Suurnopeuksiset tasavirtasuojakytkimet ovat välttämättömiä litiumioniakkujen telineiden tuottamien valtavien oikosulkuvirtojen katkaisemiseksi. Näiden yksiköiden on reagoitava millisekunneissa katastrofaalisen lämpöpurkauksen välttämiseksi.

Tekninen laajuus: Pystyy käsittelemään tuhansia ampeereja (2000 A – 6300 A).

Sovellukset: Minne aurinkojärjestelmän katkaisija asennetaan PV järjestelmät

Aurinko PV Järjestelmää on suojattava energiankulun logiikan eri kohdissa. Katkaisijoiden virheellinen sijoittelu tai AC- ja DC-alueiden erotuksen puute paljastaa järjestelmän haavoittuvat osat. Siksi esittelemme katkaisijoiden käytön neljällä tärkeällä alueella.

PV Matriisin yhdistinrasia (merkkijonojen suojaus)

Yhdistinrasia on ensimmäinen puolustuspiste monijohdinjärjestelmissä, joissa useiden paneelijonojen yhdistelmä muodostetaan yhdeksi lähdöksi. Ennen yhdistämistä DC MCB tulisi asentaa jokaisen jänteen päähän. Tämä sijoittelu on erityisen tärkeää turvatoimenpiteissä mainitun suuntaongelman ratkaisemiseksi.

Kun yksi aurinkokennoista on varjostettu tai siinä on vika, muut aurinkokennot voivat pakottaa siihen virran vastakkaiseen suuntaan. Kuten mainittiin, vahingossa tapahtuva suunnanmuutos aiheuttaisi vakavia turvallisuusongelmia ja vahingoittaisi aurinkokennoja. Vaikka katkaisija ei aktiivisesti ohjaa virtaa, se on välttämätön suoja näitä vaarallisia takaisinkytkentävirtoja vastaan, jotka muuten aiheuttaisivat tulipalon ja peruuttamattomia vaurioita moduuleille.

Akkupankin suojaus

Energian varastointiosassa akkupankin ja invertterin/laturin välinen rajapinta on koko järjestelmän haastavin virransiirtoalue. Tämä osa mahdollistaa maksimaalisen virrankulun ja vahvan tasavirran. MCCB tai korkean luokituksen MCB vaaditaan.

Tässä on katkaisija, joka ei ainoastaan ​​suojaa paksua akkukaapelointia ylivirtojen aiheuttamalta lämpöpurkaukselta, vaan myös, mikä ehkä tärkeämpää, tarjoaa turvallisen, fyysisen irtikytkentämenetelmän. Tämä eristys mahdollistaa huoltohenkilöstön työskentelyn akkupankin parissa ilman kohtalokasta altistumista jännitteelle.

Pääinvertterin tulo (DC-jakelu)

Invertterin päätulon suojaus toimii kriittisenä yhdyskäytävänä tasavirran tuottamisen ja vaihtovirran muuntamisen välillä. Tämä katkaisija sijaitsee yhdistelmärasian lähdön ja invertterin tulon välissä, ja se toimii koko tuotantopuolen päätasavirtakytkimenä. Se ei ainoastaan ​​suorita ylivirtasuojausta, vaan suojaa invertterin herkkää sisäistä tehoelektroniikkaa ulkoisilta jännitepiikeiltä ja tarjoaa keskitetyn eristyspisteen koko tasavirran jakelujärjestelmälle.

DC-kuorman jakelu (asuinrakennusten DC-piirit)

Lopuksi on tiettyjä sovelluksia kulutuspuolella, erityisesti asunnonomistajille, jotka käyttävät tasavirtaa suoraan tehokkuuden saavuttamiseksi. Tämän vahvistamiseksi asentajien on asennettava erilliset jakokeskukset (sulakerasiat) omilla katkaisijoilla, jotka ovat täysin erilaisia ​​kuin vaihtovirtapaneelit.

Tämä on tarpeen tilanteissa, joissa laitteet, kuten LED-lamput, tarvitsevat toimiakseen jatkuvaa tasavirtaa. Koska nämä laitteet tarvitsevat tietyn virtalähteen, tasavirtakatkaisijoita käytetään tässä tapauksessa suojaamaan näitä herkkiä kuormia. Ne varmistavat, että syöttö pysyy asianmukaisessa hallinnassa ja että mahdollinen ylikuormitus valaistuspiirissä eristetään mahdollisimman pian vaikuttamatta pääjärjestelmään.

Ottakaa huomioon tekijät valittaessa aurinkokunnan katkaisijaa

Aurinkopaneelien katkaisijoiden valinta PV Järjestelmät on tutkimusalue, joka usein laiminlyödään paneeli- tai invertterivaihtoehtojen hyväksi. Mutta huolimattomuus tässä tapauksessa tulee kalliiksi. Huonosti valittu katkaisija vioittaa usein lämpökuormituksen alentamisen vuoksi, mikä aiheuttaa ylikuumenemisvaurioita ja pahimmassa tapauksessa järjestelmäpalon.

Katkaisijan valinta ei ole onnenpeli, vaan se on tarkoitettu spesifikaatioiden mukauttamiseksi järjestelmän käyttöolosuhteisiin.

Jännitearvot ja sääntelystandardit

Katkaisijan jännitteen tulisi olla suurempi kuin katkaisijan suurin avoimen piirin jännite (Voc). PV antenniryhmässä, mutta alhaisimmassa odotetussa lämpötilassa. Lisäksi valinnan on oltava invertterin topologian ja alan standardien, kuten UL508i:n ja IEC60947-3:n, mukainen.

• 600 V tasavirta (UL508i): Tämä on yksivaiheisia inverttereitä käyttävien asuinrakennusten asennusten vakiomääritys.
• 1000 V tasavirta (IEC60947-3): Kaupallinen kattoasennus ja kolmivaiheinen invertterijohto vakiona.
• 1500 V DC: Keskitettyjen invertterien ja suurten aurinkosähkötilojen nykyinen standardi. Korkeampi jännite minimoi kaapelihäviöt, mutta vaatii katkaisijoilta paremman eristyksen ja valokaaren kestävyyden.

Napojen konfigurointi vs. jonojen lukumäärä

Napojen kokoonpano on suoraan verrannollinen eristimen säikeiden lukumäärään. Yksi DC-eristyksen tärkeimmistä periaatteista on, että kaikki jännitteiset johtimet on katkaistava samanaikaisesti.

• 2P (kaksi napaa): Yksittäisjohdin (sekä positiivisen että negatiivisen katkaiseva) standardi. Tätä voidaan käyttää tyypillisten johdininvertterien kanssa, joissa käytetään yhtä maksimitehopisteen seurantalaitetta (MPPT) muuntimena.
• 4P (neljä napaa): Tätä tarvitaan, kun kahta jonoa käytetään samanaikaisesti tai korkeajännitejärjestelmissä (1000 V/1200 V). Korkeajännitejärjestelmissä navat kytketään yleensä sarjaan, jotta valokaarijännite jakautuu useiden kosketuspisteiden kesken, jolloin pieni katkaisija voi käsitellä kuorman turvallisesti.

Ympäristönkestävyys ja materiaaliturvallisuus

Asennusympäristön vaikutus on yksi tärkeimmistä näkökohdista, jotka yleensä puuttuvat spesifikaatioista. Aurinkoerottimet ja -katkaisijat eivät toimi ilmastoiduissa palvelinhuoneissa, vaan ankarissa olosuhteissa.

• Lämpötila-alue: Kestävien tasavirtakatkaisijoiden normaalin käyttölämpötilan tulisi olla -40 °C ja 60 °C välillä. Katkaisijoiden nimellisarvoa on alennettava, kun ympäristön lämpötila on tätä aluetta korkeampi, jotta vältetään turhat laukaisut.
• Syttyvyysstandardit: Koska päätehtävänä on tulipalon estäminen, kotelomateriaalin tulee olla palonkestävää. Teknisten tietojen on oltava tiukasti UL 94V-0 - UL 94V-2 -standardien mukaisia, joiden mukaan kotelon on oltava itsestään sammuva sisäisen komponentin vikaantumisen sattuessa.

Mitoitus ja laskeminen (Miten lasketaan ampeerit)

National Electrical Coden (NEC) ja yleisten suunnittelukäytäntöjen mukaan katkaisijan ei tulisi toimia jatkuvasti 100 %:n nimellisteholla.

Laskentakaava:

Jotta voit määrittää katkaisijan (Ibreaker) vähimmäisampeerimäärän, sinun on sovellettava turvallisuuskertoimia PV antenniryhmän oikosulkuvirta (Isc).

Yksinkertaistettu:

Esimerkiksi:

Jos sinulla on paneelirivi, jonka Isc on 10 A:

Sinun tulisi pyöristää ylöspäin lähimpään vakiokokoon, joka olisi 20 A:n tasavirtakatkaisija.

Miksi valita BENY katkaisija

Geneeristen komponenttien tulvilla markkinoilla BENY on valmistaja, joka keskittyy erityisesti tasavirta-aurinkosuojausten monimutkaisuuteen. Ero ei ole markkinoinnissa, vaan teknisessä tarkkuudessa.

Yli 30 vuoden kokemus alalta BENY insinöörien aurinkojärjestelmän katkaisijat jotka kurovat umpeen kuilun kustannustehokkuuden ja teollisuusluokan joustavuuden välillä. Ratkaisumme on suunniteltu käsittelemään koko kirjon PV vaatimukset – 12 V:sta 1500 V:n järjestelmiin – tukevat jopa 630 A:n suuria virtoja minimaalisella energiahäviöllä.

Turvallisuus on olennainen osa "Built to Endure" -filosofiamme. Jokaisessa katkaisimessa on edistyneet valokaarisuojaukset ja 6 kA:n katkaisukyky vikojen välittömään neutralointiin. Ratkaisemme käytännön asennushaasteita polarisoimattomalla rakenteella, joka eliminoi johdotusvirheet, ja kestävillä IP65-koteloilla, jotka on testattu toimimaan äärimmäisissä ilmastoissa -40 °C:sta 85 °C:een.

5 vuoden takuulla ja 24/7 maailmanlaajuisella tuella, valitsemalla BENY tarkoittaa infrastruktuurisi suojaamista kumppanin kanssa, joka on sitoutunut tinkimättömään turvallisuuteen ja pitkäikäisyyteen.

Yhteenveto

Aurinkosähköinvestoinnissa on hiljainen suoja, aurinkokatkaisija. Paneelit luovat arvoa, kun taas katkaisijat ylläpitävät sitä. Siirtyminen monimutkaisempiin suurjännitteisiin kaupallisiin paneeleihin yksinkertaisten asuinrakennusjärjestelmien sijaan edellyttää muutosta asenteessamme komponenttien valintaan.

Meidän ei pitäisi pitää katkaisijoita hyödykkeinä ja pitää niitä tärkeinä turvallisuusresursseina. Ymmärtääksemme tätä paremmin, lue lisää Sähköturvallisuuden selkäranka: DC-katkaisijat ja niiden merkitysAsentajat voivat varmistaa järjestelmien luotettavuuden ottamalla huomioon tasavirtavalokaarien ainutlaatuisen fysiikan, sovittamalla katkaisijat niiden käyttökohteisiin, kuten kytkentärasiat akkupankkeihin, ja tarkastelemalla tiukkoja ympäristöstandardeja ja ampeeriluokituksia.

Katkaisijat ovat monien järjestelmien tarvitsema korkean profiilin suoja. Kun oikeita johdotusohjeita, turvatoimenpiteitä ja huoltoa noudatetaan, ne varmistavat aurinkopaneelien laadun pitkäkestoisen käytön.

Henkilöille, jotka haluavat vahvoja, sertifioituja ja suunniteltuja tasavirtasuojausratkaisuja, BENY tarjoaa laitteiston, jota he tarvitsevat huomisen aurinkojärjestelmien rakentamiseen – turvallisesti ja tehokkaasti.

FAQS

K: Minkä tyyppistä sulaketta käytetään aurinkopaneeleissa?

A: Aurinkopaneelien suojaamiseen on käytettävä erikoiskatkaisijaa, tyypillisesti tasavirtakatkaisijaa. Älä käytä tavallisia kodin vaihtovirtakatkaisijoita. Tasavirta luo jatkuvia valokaaria, joita on vaikeampi sammuttaa kuin vaihtovirtaa. Aurinkokatkaisijat (kuten tasavirta MCBs tai MCCBs) niissä on erityiset valokaarit ja magneettimekanismit, jotka on suunniteltu keskeyttämään turvallisesti nämä korkeajännitteiset tasavirtavalokaarit ja estämään tulipalo.

K: Tarvitsenko katkaisijan aurinkopaneelin ja invertterin välille?

A: Kyllä. Aurinkopaneelin katkaisija (tai tasavirtaerotin) vaaditaan paneelin ja paneelin välille. PV antenniryhmä ja invertteri.. Sillä on kaksi tärkeää tehtävää: se suojaa invertterin tuloa sähköpiikeiltä tai oikosuluilta ja tarjoaa turvallisen fyysisen irtikytkentäpisteen huoltohenkilöstölle järjestelmän huollon suorittamiseksi ilman jännitteisten johtojen käsittelyä.

K: Minne aurinkojärjestelmään sijoitetaan katkaisija?

A: Katkaisijat tulee asentaa kolmelle kriittiselle suojavyöhykkeelle:

• DC-jakokeskus: Tasavirtakuormien, kuten LED-valojen tai pumppujen, suojaamiseen.
• PV Yhdistelmälaatikko: Suojaa yksittäisiä aurinkokennoja vastavirralta.
• Akkupankki: Akun ja invertterin välissä (tämä on yleensä suurin katkaisija).